Dissertations / Theses on the topic 'Feux expérimentaux'

Les feux extrêmes sont des feux caractérisés par une forte puissance et une vitesse de propagation élevée qui rendent les moyens de lutte impuissants. Ces phénomènes entraînent une augmentation des dégâts et du nombre de décès civils et opérationnels, et perturbent les écosystèmes ainsi que nos sociétés. Il existe plusieurs types de feux extrêmes, dont les feux de forte puissance qui sont l’objet de cette thèse. Ce type de feux constitue un réel risque, étant donné l’augmentation de sa fréquence et son impact dans le monde entier. Par conséquent, l’évaluation des conditions de propagation qui peuvent déclencher un feu de forte puissance, s’avère très utile dans le but d’anticiper ces phénomènes. De plus, l’étude du comportement d’un feu de forte puissance (vitesse de propagation, intensité et impact) est susceptible de fournir des renseignements aux opérationnels en phase de lutte. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier la propagation des feux de forte puissance à l’aide des feux expérimentaux réalisés à l’échelle du terrain sur du maquis Corse « Genista salzmannii ». Ces expériences ont été menées lors des deux saisons (hiver et automne), dans deux régions différentes de l’Île (Nord-Ouest et Sud-Ouest de la Corse), selon un protocole expérimental et des techniques qui permettent d’évaluer la dynamique et l’impact de ces feux. À la suite des expériences, des études numériques ont été menées à l’aide des codes physiques complets FireStar2D et 3D, basés sur une approche multiphasique, afin de tester la pertinence de ces modèles de propagation dans la prédiction du comportement des feux expérimentaux de forte puissance. Les différents résultats numériques obtenus pour les trois configurations choisies, ont montré une bonne adéquation avec les résultats expérimentaux. Ceci montre que ces modèles peuvent être utilisés pour étudier d’autres configurations sans avoir forcément recours aux expériences. Les campagnes de feux réalisées étaient représentatives des feux de forte puissance, qui ont eu lieu malgré des conditions marginales de propagation dues à des vitesses de vent faibles, des teneurs en eau du combustible ainsi que des humidités relatives de l’air élevées. Ces expériences pourront également fournir des observations détaillées, utiles pour améliorer la modélisation. Ceci représente une avancée significative, étant donné la complexité et les difficultés de la mise en œuvre des expériences sur le terrain. La deuxième partie de la thèse a porté sur une étude numérique d’un « cas critique » d’un feu de forte puissance. Ce feu a été étudié suivant plusieurs approches : empiriques, physiques complètes et simplifiées. En particulier, FireStar2D et 3D et le modèle physique simplifié de Balbi ont été mis en œuvre. Plusieurs paramètres ont ainsi été évalués par les différentes approches, dont la vitesse de propagation, l’intensité du front de flammes, la géométrie du front et de la flamme (longueur et inclinaison). L’objet principal de cette étude, était non seulement d’évaluer le comportement mais surtout l’impact de ce feu de forte puissance sur deux cibles : un corps humain et un bâtiment de quatre étages. Cela a permis d’établir des corrélations qui lient les flux de chaleur totaux reçus par les cibles en fonction de leur position du front de feu. L’objectif était d’évaluer la distance de sécurité autour des interfaces forêt-habitat, en considérant la valeur maximale tolérable du flux de chaleur thermique, qui peut être reçu par la cible sans causer de dommages. . Les distances de sécurité évaluées à l'aide de cette méthodologie, pour un pompier et un bâtiment, sont inférieures à 50 mètres. Ceci confirme, pour cette configuration, l'efficacité de la valeur de la distance de sécurité autour des habitations, fixée par les experts opérationnels et supposée égale à un minimum de 50 m en France
Extreme fires are characterized by their high intensity and rate of spread, which overwhelm firefighting resources. These phenomena result in increased damage, civilian and operational fatalities and disruption to ecosystems, human life and the economy. There are several types of extreme fires, including high-intensity fires, which are the main subject of this thesis. This type of fire presents a real risk, given the increase in its frequency and scale throughout the world. Consequently, it is very useful to assess the conditions of propagation that can trigger a high- intensity fire in order to be able to anticipate these phenomena. In addition, studying the behavior of a high-intensity fire (rate of spread, intensity and impact) can provide information to operational staff during the firefighting phase. The main aim of this thesis is to study the propagation of high-intensity fires by means of experimental fires carried out on a field scale on Corsican shrub species named 'Genista salzmannii'. These experiments were carried out during two periods (winter and autumn), in two different regions: North-West and South-West of Corsica, using an experimental protocol and technologies that make it possible to assess the dynamic and impact of these fires. Following the experiments, numerical studies were carried out using fully physical fire models based on a multiphase formulation, FireStar2D and 3D, in order to test the relevance of these propagation models in predicting the behavior of these experimental fires. The different numerical results obtained for the three terrain configurations chosen were in agreement with the experimental results. This shows that these models can be used to study other configurations without necessarily having to resort to experiments. The fire campaigns carried out were representative of high-intensity fires that occurred despite marginal propagation conditions related to low wind speeds, high fuel moisture content and relative air humidity. These experiments can also provide detailed observations, as well as input data that can be used in modelling, given that carrying out such experiments is not easy and is always subject to difficulties and constraints. The second part of the research focused on a numerical study of a "critical case" of a high- intensity fire. This fire was studied using several empirical approaches, fully physical models found in the literature, in particular FireStar2D and 3D and the simplified physical Balbi model. Several parameters were evaluated using the different approaches, including the rate of spread, the intensity of the flame front, the geometry of the front and of the flame (length and tilting). The main aim of this study was to assess not only the behavior but also the impact of this high-intensity fire on two different targets: the human body and a four level building. This made it possible to establish correlations between the total heat fluxes received by the targets as a function of their position in front of the fire. The aim was to assess the safety distance around wildland urban interfaces by considering the maximum tolerable value of thermal heat flux that can be received by the target without causing damage. The safety distances assessed using this methodology, for a firefighter and a building, are less than 50 meters. This confirms, for this configuration, the effectiveness of the value of the safety distance around buildings, set by operational experts and assumed to be equal to a minimum of 50 m in France

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur la simulation sur maquette d'un panache d'incendie en tunnel par un panache massique formé par le rejet continu en canal d'un gaz léger (air-hélium). L'objectif de ces travaux est d'améliorer la technique de simulation à partir d'études théorique, expérimentale et numérique sur la dynamique d'un panache massique en champ libre ainsi qu'en milieu confiné ventilé.
Dans un premier temps, un modèle théorique de type intégral est développé pour décrire le comportement d'un panache massique se développant en champ libre, dans un fluide ambiant au repos et non stratifié. Ce développement théorique met en évidence que les évolutions avec l'altitude des caractéristiques du panache peuvent être déduites de celle d'un paramètre unique, la "fonction panache". Dans un second temps, des simulations numériques sont réalisées à l'aide du code de calcul Fire Dynamic Simulator (FDS) dans des situations de plus en plus complexes : panache massique d'hélium en champ libre puis en milieu confiné et ventilé (type tunnel). Les résultats de simulations numériques obtenus pour un milieu confiné et ventilé sont encourageants, en bon accord avec des données expérimentales. Les résultats numériques et expérimentaux, obtenus dans le cadre d'un projet de recherche national RGC&U, permettent de mettre en lumière les mécanismes à l'origine du caractère fortement tridimensionnel d'un panache d'incendie dans un tunnel ventilé longitudinalement. Enfin, dans le cadre des essais sur maquette, les règles de similitude pour la simulation d'un panache d'incendie réel par un panache massique sont établies à partir des équations physiques. Le foyer est modélisé par le rejet d'un mélange gazeux léger air-hélium dont les caractéristiques sont ajustées afin de correctement reproduire la masse volumique des fumées d'incendie.

Ce travail porte sur la modélisation de la transition feu de surface-feu de cime. Pour cela, nous avons développé un modèle semi-physique de transition. Ce modèle est basé sur le modèle de propagation d'un feu de litière développé à l'Université de Corse ; ce modèle ne prenant en compte les échanges vers une strate supérieure de combustible nous avons décidé d'utiliser une méthode d'amélioration basée sur la réduction de modèle complet, en particulier celui de l'IUSTI de Marseille. Cette réduction a fait apparaître un terme d'échange entre la colonne chaude convective et le combustible de la strate supérieure, et a permis l'amélioration de notre modèle par l'ajout d'un terme supplémentaire représentant ces échanges. Afin d'évaluer ce terme, nous avons mis en place une campagne de mesure à l'échelle du laboratoire. Etant les premiers à effectuer ce genre d'expériences à l'Université de Corse, nous avons dû tout d'abord mettre au point un protocole afin d'accéder aux données caractéristiques du feu : température, vitesse de propagation. Les mesures de température ont été réalisées à l'aide de thermocouples, dans la zone de combustion et de panache. Nous avons développé une méthode originale de compensation numérique de température dans la zone de flamme, car les thermocouples utilisés ne donnent pas une bonne représentation des fluctuations de température. Cette compensation a permis de restituer la dynamique des phénomènes, et ainsi, à l'aide du calcul du temps de transit entre deux capteurs, de calculer la vitesse ascensionnelle des gaz de combustion. Une autre série d'expériences réalisée sur la transition a permis de calculer le terme d'échange afin d'effectuer des simulations de notre modèle. Les résultats obtenus sont encourageants, ils représentent bien les étapes et les tendances de la transition d'un feu de surface vers un feu de cime.

Cette étude présente une analyse du comportement au feu de différentes espèces végétales. Elle a pour but de définir le rôle des propriétés des végétaux sur leur combustion et de proposer un modèle d'oxydation en phase gazeuse suffisamment simple pour servir de point de départ à un modèle de propagation. Les espèces végétales sont broyées pour limiter l'influence du rapport surface-volume sur leur comportement au feu. La combustion de ces broyats engendre des flammes laminaires. L'étude expérimentale comprend la caractérisation des propriétés thermophysiques et physico-chimiques des combustibles, l'analyse des gaz de dégradation et la détermination du comportement des phases solide et gazeuse et de leur couplage. Dans l'étude numérique, différents mécanismes squelettiques et globaux sont testés afin de définir un modèle simple d'oxydation des gaz de dégradation. Ce modèle est appliqué aux flammes de combustibles végétaux.

L'objet de ce travail est de contribuer a une meilleure connaissance des phenomenes physico-chimiques impliques dans les feux de parois verticales opposees representatifs d'incendie se developpant dans des entrepots comportant des stocks de materiaux combustibles empiles, dans des conduits d'aeration ou chemins de cable. Afin de creer une base de donnees utile aux modelisateurs, nous avons mis au point un montage experimental capable de simuler, par injection d'hydrocarbure a travers une paroi poreuse, la combustion d'une ou de deux parois verticales face-a-face. La hauteur des murs et leur ecartement sont les principaux parametres qui agissent sur le confinement de l'ecoulement et sur l'interation des deux flammes de diffusion. Pour caracteriser l'ecoulement, des mesures de vitesse par velocimetrie laser a effet doppler (ldv), de temperature par thermocouples fins compenses ainsi que la determination des hauteurs de flammes visibles et des flux de chaleur transmis aux parois, ont ete effectuees. Un modele numerique a egalement ete elabore. La resolution des equations de la couche-limite reactive turbulente a ete effectuee en utilisant d'une part, une hypothese de longueur de melange de prandtl pour decrire la turbulence de l'ecoulement et d'autre part, une approche probabiliste pour evaluer l'interaction turbulence-reaction chimique. Un bon accord a ete obtenu entre les predictions du modele et les mesures malgre la simplicite du modele de turbulence employe. L'effet du confinement provoque par le rapprochement du second mur a ete modelise mais la determination du debit d'air aspire par le canal en combustion reste la caracteristique la plus difficile a determiner

L'objectif de cette these est la determination du ou des mecanismes essentiels a l'etape de modelisation de la propagation d'une flamme sur une litiere vegetale plane, en l'absence de vent. Apres avoir realise les trois types d'experiences suivantes : ecobuages, experiences de laboratoire a ciel ouvert et experiences de laboratoire, une representation approchee du probleme a ete retenue. Cette derniere consiste a utiliser une litiere composee d'un vegetal mort (frisure de bois) dans un environnement non soumis aux variations des conditions meteorologiques. L'essentiel de l'instrumentation mise en place est compose de thermocouples et de cameras video. Trois parametres : la compacite, la hauteur de litiere et l'inclinaison du banc de combustion sont testes pour solliciter les phenomenes physiques. Tous les resultats obtenus sont confrontes au modele de rothermel et en soulignent les limites. Un modele de contamination thermique permettant de dissocier le rayonnement de la flamme, la conduction dans la litiere et la convection est developpe. Un bon accord est obtenu lors du couplage des trois transferts. Enfin, en s'appuyant sur l'hypothese d'une cinetique limitee par la nature heterogene du combustible et sur l'analyse des resultats experimentaux, un modele de combustion par filtration opposee a ete developpe et teste numeriquement. Il s'avere capable de predire le comportement de la vitesse de propagation d'une flamme sur une litiere vegetale en fonction de la compacite. Ce modele de propagation d'ondes thermiques en retro-combustion permet de mettre en evidence l'existence d'une zone d'ondes de reaction-diffusion. Cependant une etude complementaire pour conforter cette these semble necessaire.

Les franchissements des feux orange et rouge constituent une cause fréquente d’accidents aux intersections. Ces comportements sont plus ou moins délibérés et influencés par différents contextes. L’objectif de la thèse a été d’étudier les facteurs intervenant dans les processus de décision aux feux tricolores. Il s’est agi d’examiner comment les automobilistes arbitrent entre la sécurité, le respect de la réglementation et la réduction du temps à attendre. Cette thèse comprend une introduction suivie de deux parties. La première partie expose les théories de la motivation, de la prise de décision, de la perception du temps et de l’espace qui constituent les références pour les recherches empiriques. Elle se termine en livrant la problématique générale de la thèse. La deuxième partie comprend quatre études. La première, basée sur la théorie du comportement planifié (Ajzen, 1985), examine les prédicteurs de l’intention de franchir le feu orange. Les études suivantes, menées sur simulateur de conduite, observent l’influence (étude 2) des contextes social et personnel sur le comportement des automobilistes aux feux tricolores, (étude 3) des arrêts aux feux sur la perception de la durée d’un trajet ainsi que les conséquences de cette perception sur le comportement des automobilistes aux feux tricolores et sur le choix de trajet. La quatrième étude s’intéresse à l’utilisation de l’heuristique de numérosité dans le choix entre deux trajets selon le nombre de feux tricolores et la probabilité d'avoir à s’arrêter aux feux. Pour clore ce travail, les résultats obtenus sont discutés et des limites aux recherches réalisées sont posées avant d’aboutir à la conclusion finale de la thèse
Yellow and red light running is an important cause of intersection crashes. These behaviors are more or less deliberate and influenced by different contexts. The aim of this PhD was to study factors involved in the decision making dealing with traffic lights. We examined how car drivers negotiate between safety, respect of the rules, and reducing waiting time. This thesis comprised an introduction followed by two main parts. The first part exposed theories of motivation, decision making, and time and space perception which gave the basis for the empirical research. It ended with a presentation of the problem section. The second part comprised four studies. The first one, based on the Theory of Planned Behavior (Ajzen, 1985), examined the predictors of the intention to run the yellow light. Next studies, carried out on driving simulator, investigated the influence of (study 2) social and personal context on drivers’ behavior at traffic lights, and (study 3) of stopping at lights on the travel time perception as well as the consequences of this perception for drivers’ behavior at traffic lights and for the route choice. The fourth study focused on the use of the numerosity heuristic in the choice between two itineraries depending on the number of traffic lights and the probability of stopping at the lights. For finishing this work, the results obtained were discussed and limits of the studies carried out were commented before drawing a final conclusion

Pour des raisons d'économie d'énergie, les façades des bâtiments deviennent de plus en plus sophistiquées à la fois par leurs configurations et leurs compositions. Mais la quantité de combustible de ces nouvelles façades est bien supérieure à celle des façades traditionnelles. Par conséquent, le risque de propagation du feu via la façade est plus important. Ainsi, l'objectif de ce travail est de modéliser le développement du feu à l'intérieur et à l'extérieur d'un bâtiment en prenant en compte différentes configurations et compositions de façade. Cette recherche expérimentale et numérique a permis d'identifier les paramètres qui augmentent ou diminuent le risque de propagation du feu via une façade. Dans un premier temps, après avoir vérifié la capacité du code de calcul à modéliser les flammes pariétales, une étude numérique qui étudie l’influence de la géométrie d’une façade sur la propagation du feu via la façade a été réalisée. En effet, les différents phénomènes liés aux dimensions des ouvertures et/ou à la configuration de la façade ont été identifiés. Il a donc été possible d’analyser leur influence sur le risque de propagation du feu en façade à travers des grandeurs telles que la puissance libérée à l’extérieur du bâtiment ou encore la hauteur de flamme et les actions thermiques engendrées. Parmi les configurations étudiées figurent des géométries plus ou moins complexes pouvant être rencontrées sur les bâtiments. Par exemple, les ouvertures multiples ou encore des configurations en « U » afin d’étudier l’influence de l’effet cheminée sur l’extension des flammes. En effet, ce type de configurations a déjà été la cause d’une propagation rapide d'incendies via des façades quelles que soient leurs compositions. Par la suite, une étude expérimentale sur la propagation du feu sur une paroi combustible a été réalisée avec deux objectifs. Tout d’abord afin d’étudier les phénomènes de propagation sur une façade combustible (température de flamme, hauteur de propagation, contribution énergétique de la façade), mais également pour récolter des données expérimentales permettant la validation de modèles de propagation et les simulations numériques dans cette situation. Dans un deuxième temps, une nouvelle campagne expérimentale a permis d’étudier l’influence de la présence d’une lame d’air de ventilation entre le bardage et le mur sur la propagation du feu. Cette dernière configuration est largement utilisée dans la construction des façades comportant généralement une couche d’isolation dans la lame d’air. Cette recherche, à la fois académique et applicative, a permis de fournir des informations originales sur le développement et le comportement du feu le long d’une façade, qu’elle soit combustible ou non. Les résultats numériques présentés mettent en évidence les différents paramètres gouvernant le développement d’un feu le long d’une façade, ce qui facilite la compréhension des phénomènes liés à cette problématique. De plus, les différents essais réalisés pourront servir de base de données à la modélisation de la propagation d’un incendie le long d’une paroi combustible, ainsi qu’à la mise au point des modèles de développement et de propagation
In order to enhance the energy efficiency of buildings, the facades are becoming more sophisticated in both their configurations and compositions. However, the amount of fuel of these new facades is much higher than that of traditional facades. Therefore, the risk of fire spread through the facade is more important. Thus, the objective of this work is to model the fire development inside and outside of a building, taking into account different configurations and facade compositions. This experimental and numerical research has identified the parameters that increase or decrease the risk of fire spread via the façade. First, after verifying the capacity of the FDS code to model the parietal flames, a numerical study that examines the influence of the geometry of a facade fire spread was completed. Indeed, the various phenomena related to openings dimensions and / or configurations of the façade have been identified. It was therefore possible to analyze their influence on the risk of fire spread along the façade using quantities such as the heat released outside the building, the flame height and thermal actions (temperature, fluxes). Among the configurations studied are contained more or less complex geometries that can be encountered on the buildings. For example, multiple openings or "U" configurations were investigated in order to study the influence of the chimney effect on the extension of flames. Indeed, this type of configuration has already been the cause of the rapid spread fire through walls regardless of their compositions. Subsequently, an experimental study on fire spread along a combustible wall was realized with two goals. First, a series of tests was performed in order to observe propagation phenomena on a combustible façade and to collect experimental data to validate propagation models and numerical simulations in this situation. Secondly, another experimental campaign was used to study the influence of the presence of a ventilation air gap between the cladding and the wall on the spread of fire. This latter is widely used in the construction of facades. This research, both academic and applicative, has provided new information on the fire development and fire behavior along a façade, combustible or not. The numerical results demonstrate the various parameters governing the development of a fire along a façade, which facilitates the understanding of phenomena related to this issue. In addition, various tests can be used as a database for the modeling of fire spread along a combustible wall. Thus, this work contributes to the development of models of fire development and spread on buildings via the façade

La fusion reductrice de cu#2o contenu dans un laitier cu#2o-feo#x-sio#2 est a la base d'un nouveau procede non polluant pour la production du cuivre a partir de minerais a forte teneur en as et s. La physico-chimie de la reaction est analogue a celle des nouveaux procedes de reduction directe des minerais de fer qui servent de reference a la presente etude. Une premiere partie fait le point sur la thermodynamique du systeme cu#2o-cuo-feo-fe#2o#3-sio#2. Des essais montrent qu'une reduction de cu#2o par feo est possible avec production de cuivre metal et des ferrites de cuivre. Le reste est consacre aux mesures de vitesse de reduction par divers montages experimentaux entre 1260 et 1350c. La cinetique de reduction par co est de l'ordre de 10##2 a 10##1 mole cu#2o. M##2. S##1 alors que par le graphite elle est de 1 a 10 mole cu#2o. M##2. S##1. La macrocinetique de reduction par le graphite de laitiers contenant feo ou fe#2o#3 est du premier ordre en concentration de cu#2o avec une constante de l'ordre de 10##4 a 10##3 s##1. La reduction n'est influencee ni par la temperature (autothermicite) ni par le brassage (auto-agitation par les bulles). Le gaz produit est du co#2. Cette production entraine un moussage du laitier avec des bulles millimetriques. Ce phenomene est decrit par un modele existant qui suppose que l'accroissement de la hauteur du bain est proportionnelle au debit de gaz. La constante de proportionnalite , qui est egale au temps de vie de la mousse, est d'environ 1s pour le laitier avec feo et 2s pour celui avec fe#2o#3. Chute en presence de gouttes de cuivre en suspension vers 0,2s. Une partie de la reduction se fait par contact direct entre le laitier et le graphite. La reduction du fer qui se produit alors est reversible et le metal qui decante apres un temps de sejour de 5 minutes environ est en equilibre avec le laitier. Le co produit au contact entre graphite et gaz est oxyde en co#2 dans la mousse.

L'une des causes qui favorise les incendies de grande envergure est le manque de précision de l'alerte. En effet, les services de secours avouent avoir besoin d'outils capables de détecter et de préciser le siège d'un feu. Une nouvelle génération d'outil est apparue : les réseaux de capteurs sans fil. Dans une application de surveillance environnementale, ces réseaux de capteurs, possédant une architecture décentralisée et déployés dans une zone, doivent transmettre leurs informations, par une communication sans fil de proche en proche (ou multisauts), à une station de base. Pour cette communication multisauts, les techniques de routage s'attachent à réaliser une transmission efficace des données, tout en essayant d'économiser les ressources énergétiques. Dans le cadre de la problématique de lutte contre les feux de forêt, les réseaux de capteurs semblent capables d'aider les services de secours. Cependan, nous identifions trois axes de reflexion auxquels il faut fournir des réponses : ces réseaux sont-ils capables de prévoir, détecter et suivre un feu ? Pour répondre à ces questions, les outils de simulation existants s'avèrent incomplets ou inutilisables dans le cadre de notre étude. Dans cette dissertation, nous introduisons une nouvelle application, DEVS-WSN, basée sur une description à l'aide du formalisme DEVS. Elle permet d'étudier les performances et les stratégies de déploiement des réseaux de capteurs sans fil dans un feu. De plus, nous présentons un nouvel algorithme de routage VOX, qui améliore l'économie d'énergie et par conséquent augmente la durée de vie du réseau dans le contexte particulier de phénomènes destructeurs. Nous complétons cette étude théorique par une expérimentation en feu réel. Tous ces travaux avancent les conditions d'utilisation d'un réseau de capteurs sans fil dans la problématique des feux de forêt
One of the causes which supports large scale wildfires is the alarm precision lack. Indeed, firemen need tools able to detect fast and specify a sit of a fire. A new generation of tool is appeared : Wireless Sensor Network. In environemental monitoring, these sensors networks, having decentralized architecture and deployed in a zone, must to transmit their information, by a multi-hop communication, towards a base station. For this communication, the routing protocols attempt to carry out reliable data transmission, while testing to save the energy resources. In the problems of forest fires, the networks of sensors are able to help them firemen. However, we identify three axes for which it is necessary to provide answers : these networks, are they able to envisage, detect and follow a fire ? To answer these questions, the existing simulation tools are incomplete or unusable in our context study. In this essay, we introduce a new application, DEVS-WSN, based on a DEVS description. It allows to study performance and the deployment stratégies of the Wireless Sensor Networks. Moreover, we present a new algorithm of routing VOX, which improves the energy saving and increases lifetime of the network in the particular context of destroying phenomenons. We supplement this theoretical study by a test of Wireless Sensor Network on real fire. All these work advances the conditions of use of Wireless Sensor Network in the fire problems

Cette étude consiste en l'élaboration d'un modèle éléments finis tridimensionnel décrivant le comportement des assemblages brochés et boulonnés des structures bois sous actions thermiques. Ce modèle intègre les champs de températures dans un modèle mécanique non linéaire. La validation du modèle réalisé à l'aide d'essais est faite en trois étapes : la validation mécanique à froid, celle thermique et celle thermomécanique. Après validation, le comportement des assemblages brochés unitaires est modélisé pour différentes durées d'exposition au feu. Enfin, la modélisation d'assemblages multiples met en évidence la caractérisation du nombre effectif en fonction des champs thermiques.

Les fumées chaudes et toxiques d'un incendie se propagent au plafond d'un tunnel sous la forme d'une nappe d'épaisseur variant avec la puissance de l'incendie. La sécurité des usagers dépend de la gestion du mouvement des fumées par les systèmes de ventilation dont l'objectif est de désenfumer les zones sensibles sans diluer la nappe de fumées. Le choix du débit de ventilation adéquate est fonction de la puissance de l'incendie mais aussi de la géométrie du tunnel et du réseau de ventilation, différents pour chaque tunnel. Une maquette a l'échelle 1 : 20eme de 10 m de long a été conçue de manière à simuler, sur une large plage de puissances d'incendie variant de 0,2 à 20 mW, le mouvement des fumées dans un tunnel de section droite rectangulaire. Le foyer est modélisé par un jet densimétrique (air-hélium) dont les caractéristiques dérivent du développement d'un modèle de simulation basé sur l'étude des feux de bacs d'heptane. L'augmentation de la taille du foyer dans le tunnel avec la puissance de l'incendie est prise en compte en reproduisant à l'échelle le diamètre du bac correspondant. Les deux systèmes de ventilation, longitudinale et transversale, sont reproduits. Une étude paramétrique globale est réalisée en ventilation longitudinale, caractérisant l'influence de la géométrie (hauteur et largeur) et de la pente du tunnel, ainsi que celles de la taille, forme et hauteur du foyer. L'ensemble de ces résultats permet d'établir une loi globale empirique de détermination de la vitesse critique de ventilation (non apparition d'une nappe de fumées à contre-courant). Un modèle semi-théorique vient compléter cette analyse, induisant une relation entre la vitesse de ventilation, la puissance de l'incendie et la hauteur de la nappe de fumées. D'autre part, une méthodologie est développée pour quantifier l'état de stratification d'une nappe de fumées sans ventilation. Cette technique est appliquée à l'étude de l'influence du courant longitudinal sur la stratification à l'aval du foyer. En ventilation transversale, les études s'attachent à quantifier l'efficacité d'un système composé de deux trappes, situées de part et d'autre du foyer, en fonction du débit d'extraction jusqu'à atteindre le confinement des fumées. Cette étude rend compte de l'influence de la position des trappes d'extraction, de leur forme et de leur taille sur l'efficacité
Hot toxic smoke induced by a fire spreads on the tunnel ceiling as a layer with variable thickness depending on the heat release rate (HRR). Security of passengers lies in the management of the ventilation systems: clearing smoky zones while avoiding layer dilution. The accurate choice of ventilation flow rate remains a function of fire type but also of tunnel dimensions and ventilation network which differ for each tunnel. A 1:20th model of 10 m long has been developed in order to model smoke movement , for a wide range of HRR FROM 0. 2 TO 20 MW , for many tunnel configurations of rectangular cross section. The fire source is modelled by a densimetric jet (air-helium). Fire characteristics are derived from the results of a heptane poolfire model and the size of pool in the tunnel , depending on HRR, is reproduced at model scale. Both longitudinal and transverse ventilation systems are used on the test facilities. A global parametric study had been undertaken in longitudinal ventilation, describing the influence of tunnel dimensions (height ant width) and slope. The role of size, shape and height of the fire source is also analysed. The results are gathered in a global formulation in order to determine the critical ventilation velocity (non-existence of smoke layer upstream the source) and a semi-theorical model is developed, connecting ventilation velocity, HRR and smoke layer thickness. A methodology is defined to quantify stratification state of a hot smoke layer without ventilation. This is used to assess the influence of longitudinal flow on stratification downstream of the fire source. Transverse ventilation studies aim to evaluate extraction efficiency of a system composed of two exhaust traps located on each side of a fire source, as a function of extraction flow rate. A condition of smoke confinement is achieved. This study accounts for the influence of trap location, shape and size on the system efficiency. Standard anemometry and PIV techniques are used for profile and field velocity measurement whereas concentration profiles are obtained by sample analysis of oxygen rate. Many laser sheet visualizations have allowed the description of flow phenomena

La connaissance du comportement au feu des structures est primordiale pour la maîtrise des risques en situation d’incendie. Pour le bois, matériau combustible, des travaux expérimentaux et de simulations numériques ont montré que ce matériau avait un comportement intéressant en situation d’incendie, car il se consume de façon maîtrisable. Cependant, ces travaux restent limités au regard de la complexité du comportement du matériau, des composants et des assemblages à base de bois. L’étude de la stabilité au feu des structures bois nécessite la connaissance de l’évolution des caractéristiques mécaniques et thermiques des liaisons (résistance et rigidité) dont dépend le comportement mécanique des structures. Pour une meilleure compréhension du fonctionnement mécanique des assemblages en situation d’incendie, la mise en place de modèles numériques, validés par essais, est nécessaire. Dans cette étude, l’objectif est d’utiliser un modèle numérique le plus précis possible afin de définir des méthodes simplifiées de calcul d’assemblages, facilement utilisables par les professionnels. Les résultats d’essais réalisés sur les assemblages bois-bois et bois-métal servant de base à la validation des modèles du comportement thermomécanique sont présentés. Il s’agit d’essais de traction longitudinale, transversale et d’essais de flexion sous conditions normales et sous actions thermiques normalisées. L’étude thermomécanique des assemblages est effectuée à partir de deux maillages tridimensionnels différents pour les calculs thermique et mécanique. Pour le modèle mécanique, les discontinuités sont prises en compte à travers des éléments de contact aux interfaces des pièces assemblées. Pour le calcul thermique, le maillage est continu et la résistance due au contact entre les éléments est ainsi négligée. Les modèles mécaniques et thermiques sont validés sur la base des résultats expérimentaux (courbes force-glissement et températures). Le modèle mécanique permet par ailleurs d’analyser la distribution des contraintes au sein des assemblages et d’évaluer l’influence de différents critères élasto-plastiques ou de rupture représentant le comportement mécanique du bois. Enfin, le modèle thermomécanique, a permis de simuler le comportement des assemblages testés en situation d’incendie. Le résultat utilisé pour valider le modèle thermomécanique est la durée de résistance au feu de l’assemblage. Cette durée est définie à l’aide des courbes glissement-temps obtenues par le modèle numérique. De bons résultats sont obtenus pour la prédiction des temps de rupture. L’évolution de la distribution des efforts sur les différents organes en fonction de la durée d’exposition au feu est aussi présentée. Ainsi, le modèle développé dans ce travail permet de bien représenter le comportement thermomécanique des assemblages étudiés. Il représente aussi un outil intéressant pour analyser le comportement au feu d’assemblages constitués de plusieurs organes métalliques. Il permet de servir de base pour développer une approche multiparamètre basée sur des plans d’expérience numérique. Ces travaux permettront de proposer des méthodes de dimensionnement simples, validés par les modèles numériques, et utilisables par les praticiens de la construction
The knowledge of the behavior of structures under fire conditions is essential to control the risks during a fire. As timber is a combustible material, fire safety is of main importance for the development of its use in buildings. Although experimental and numerical studies exist in the literature, their number still limited regarding the variety of the configurations and the complexity of the mechanical behavior of the connections. Among the various structural components, the joints are characterized by a complex thermomechanical behavior due mainly to the geometrical configuration combining various materials (steel and timber). They govern the load-carrying capacity of the structure and its safety, as well in normal conditions as in fire situation. Due to their complex geometrical, physical and material configurations, the behavior of the connections in fire is one of the more difficult to predict. The development of generalized models requires the combination of research based both on the experimental results given by full scale tests and the development of sophisticated numerical models validated on these tests.The experimental results of tests realized on timber-to-timber and steel-to-timber connections used as a basis for the validation of the numerical models are presented. They concern tests of longitudinal and transversal tension and flexion under normal conditions and under standardized thermal actions. The thermomechanical analysis of the connections is made from two different three-dimensional meshings for the thermal and mechanical calculations. The thermal model is continuous to take account of the thermal continuity between the joint components. The mechanical model is discontinuous to consider the contact evolution between the joint components. The thermal model isused to predict the evolution of the temperature field inside the joint depending on the gas temperature. It is validated on the basis of measured temperatures during fire tests. The mechanical model is validated by comparison with the experimental results of joints in normal conditions. It allows the analysis of the distribution of stresses within the joints. The influence of various criteria to represent the mechanical behavior of timber is also studied. Finally, the thermomechanical model, based on previous both models, allowed to predict the behaviorof the tested connections in fire situation. The thermo-mechanical model is validated considering the fire resistance duration of some joints. This duration is defined by means of displacement-time curves obtained by the numerical model. The models showed a good capacity to simulate the failure times of the timber joints in fire situations. The application of the model gave the possibility to analyse the load distribution among the fasteners of the studied joints.The model developed in this work represents well the thermomechanical behavior of the tested connections. These developed and tested models can be used as general tool to analyze the behavior of a large variety of joint configurations to constitute a data base that can be used in safe and economic practice of fire engineering of wood joints

Le genre pantropical pilea lindl. (urticaceae) de 600 taxons environ, est essentiellement sud-américain. Une trentaine d'espèces neotropicales, toujours à petites feuilles (longueur maximale du limbe inferieure ou égale à 15 mm, longueur du pétiole inferieure ou égale à 8 mm) et a inflorescences compactes, forment un complexe homogène polymorphe, dans lequel pilea microphylla (l. ) liebm, cosmopolite, représente le type de base. En Guadeloupe, des spécimens de p. Microphylla (l. ) semi-dresses de 20 cm de hauteur, se développent en zone littorale, tandis qu'au sommet du volcan la soufrière, des souches prostrées diffuses, de taille inférieure ou égale à 5 cm, résistent aux évents fumerolliens toxiques. Ces observations permettent d'envisager l'utilisation de cette espèce comme matériel expérimental en phytotoxicologie. Les auteurs sont en désaccord sur les limites taxonomiques spécifiques et infraspecifiques des taxons, entrainant une nomenclature embrouillée. Ainsi, une révision complète des 35 unités biologiques fonctionnelles - u. B. F. Selon Sastre (1994) et Pereira dos Santos (1994) - du complexe a été entreprise, permettant de définir leur place systématique, et de les identifier, par différentes approches complémentaires. Une étude morphologique et anatomique, basée sur l'observation de spécimens d'herbiers et de cultures, a montré pour la première fois la valeur taxonomique des cystolithes. Vingt-sept types de répartition cystolithiques infrageneriques ont été décrits. Des analyses numériques multivariées ont permis d'évaluer les corrélations existant entre les u. B. F. Et les caractères morphologiques sélectionnes. Une étude biogéographique associée a conduit à des conclusions taxonomiques et évolutives, ainsi qu'à la mise en évidence d'un pôle d'endémisme a Hispaniola, inscrivant notre travail dans un cadre de protection de la biodiversité antillaise. P. Microphylla présente un intérêt horticole et médicinal de premier plan qui a été souligne.

Ce travail a pour but d'identifier les régimes de combustion se développant lors d'un feu de compartiment, la source de combustible étant située dans la zone piégée par un linteau. Le comportement de la flamme est étudié en fonction de la géométrie de l'enceinte, du débit et du type de combustible, et du facteur de ventilation. Une enceinte est réalisée, des visualisations de l'émission de la flamme, des mesures de vitesse, de température et de composition des espèces chimiques sont effectuées. Une flamme se stabilise à l'aide d'une flamme triple à l'interface entre les zones ventilées du compartiment et non ventilée au dessus du niveau du linteau. Cette structure réactive ainsi que la mesure d'aire de la flamme permet de dégager des comportements du feu en fonction des conditions expérimentales. La flamme est stable dès que la vitesse de propagation de la flamme prémélangée devient supérieure ou égale à la vitesse de convection naturelle. Deux régimes de combustion sont observés, l'un est contrôlé par le combustible disponible (fort débit injecté), l'autre par l'air entrant dans l'enceinte pour les faibles facteurs de ventilation. La transition de ce régime de flamme vers un embrasement de cibles combustibles est également abordée

L’évolution structurelle des bâtiments résidentiels du fait des réglementations thermiques, environnementales ainsi que du déploiement du Règlement des Produits de la Construction génère des enjeux majeurs pour les fabricants de conduit de fumée, notamment en ce qui concerne la sécurité des habitants en cas d’incendie. Deux scenarii de résistance au feu sont considérés par la règlementation européenne : celui associé au développement du feu dans la pièce où se situe le conduit et celui-ci relatif au développement du feu dans le conduit lui-même, par l’inflammation de dépôts. Dans les deux cas, le conduit ne doit pas être vecteur de propagation du feu aux pièces et aux matériaux combustibles adjacents. Dans ce contexte, la présente étude vise à caractériser les principaux transferts thermiques mis en jeu au cours des deux scenarii et de mieux comprendre la cinétique de formation, de décomposition, d’inflammation et de combustion des dépôts au sein des conduits. Pour ce faire, une démarche expérimentale et numérique a été adoptée. La partie expérimentale permet de déterminer les caractéristiques chimiques (analyses élémentaire et chimique) et thermo-physiques (densité, conductivité, effusivité et capacité thermique, porosité, pouvoir calorifique) de 24 résidus provenant d’installations réelles ou créés en laboratoire dans des conditions de combustion maîtrisées. Ces résidus sont par la suite étudiés en analyseur thermogravimétrique et au Cône Calorimètre afin de déterminer les étapes de décomposition thermique, ainsi que les propriétés d’inflammabilité et de combustibilité, en inflammation pilotée et en auto-inflammation. Une base de données conséquente de l’ensemble des propriétés est alors générée. Un four de résistance au feu (selon la norme EN 1366-13) a permis l’étude de la participation du conduit à la propagation du feu d’une pièce à une autre, à travers la mesure de champs de température, notamment au-dessus du plafond. Les essais dans ce dispositif permettent l’acquisition de données essentielles à la définition des conditions initiales et aux limites nécessaires au développement et à la validation d’un modèle numérique développé sous Fluent. Ce modèle décrit les transferts thermiques par conduction, convection et rayonnement. Il permet d’estimer le niveau de température sur la paroi extérieure du conduit de fumée au-dessus du four, requis lors des essais de déclaration de performance EI selon la norme EN 1366-13 et ce, quelle que soit la configuration du conduit (diamètre, nature…). Les résultats obtenus répondent au besoin de Poujoulat, dont l’enjeu est de disposer d’un outil expérimental et numérique de développement de conduits résistant au feu et d’une base de données relative aux dépôts afin de préconiser des conseils d’utilisation aux habitants
The structural evolution of residential buildings due to thermal, environmental regulations and roll out of the Construction Products Regulation generate major challenge for chimney manufacturers, in particular with regard to the safety of residents during a fire. Two fire resistance scenarios are eloquent in European Regulations: the one associated with the development of fire in the room where the chimney is located and the last reported on the development of fire in the chimney itself, by ignition of the deposits. In both cases, the chimney must not be a vector for propagating fire to adjacent rooms and combustible materials. In this context, the present study aims to characterize the main thermal transfers involved in the two scenarios and to better understand the kinetics of formation, decomposition, ignition and combustion of the deposits within the chimney. To do this, an experimental and numerical approach was adopted. The experimental part allows to determine the chemical characteristics (elemental and chemical analyzes) and thermo-physical characteristics (density, conductivity, effusivity and thermal capacity, porosity, calorific value) of 24 residues from real installations or created in laboratory under representative conditions of combustion. These residues are then studied in thermogravimetric analyzers (TGA) and Cone Calorimeters in order to determine the thermal decomposition steps as well as the flammability and combustibility properties, in cases of piloted and auto-ignition. A consequent database of the set of properties has then been generated. A fire-resistant furnace (according to EN 1366-13) allowed the study of the chimney participation in the propagation of fire from one room to another, through the measurement of temperature fields, above the ceiling. The tests allow the acquisition of data essential to the definition of the initial conditions and the limits necessary for the development and the validation of a numerical model developed under Fluent. This model describes heat transfer by conduction, convection and radiation. It makes possible to estimate the temperature level on the outer wall of the chimney above the furnace, which is required in the EI performance declaration tests according to EN 1366-13, regardless of the configuration of the chimney (diameter, materials...). The results obtained correspond to the need for Poujoulat, whose challenge is to have an experimental and numerical tool for the development of fire-resistant chimney and a database relating to deposits in order to advise the habitants

Le travail réalisé s'inscrit dans le cadre du projet "Compfeu" de l'Agence Nationale de la Recherche, qui vise à proposer des modèles de simulation de la décomposition thermique des principaux matériaux de l'habitat en cas d'incendie. La présente étude a comme objectif le développement d'un modèle de pyrolyse du polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Notre démarche de travail est innovante au sein de la communauté internationale, car elle repose sur une démarche multi-échelles, tenant compte de l'évolution des propriétés thermiques, physiques et chimiques au cours de la décomposition du matériau. Notre travail a consisté à connaître les propriétés physico-chimiques de notre matériau. L'étude de la décomposition thermique du PMMA sous atmosphères inertes et oxydantes a été réalisée à l'échelle de la particule par l'intermédiaire d'analyses calorimétriques différentielles, d'analyses thermogravimétriques couplées à différents dispositifs d'analyse de gaz pour différentes vitesses de chauffage. La décomposition thermique du PMMA a été complétée par une étude à l'échelle du matériau à l'aide du cône calorimètre, couplé à une chaîne analytique. L'étude, à l'échelle de la particule, nous a permis de proposer un mécanisme de décomposition thermique du PMMA sous atmosphère inerte et sous atmosphère oxydante. La vitesse de chaque réaction de ce mécanisme est décrite par la loi d'Arrhenius. La détermination de ces paramètres stoechio-cinétiques a été réalisée par la méthode d'optimisation des algorithmes génétiques
The achieved work is part of the project "Compfeu" of the National Research Agency, which aims to provide models for simulating of the thermal decomposition of the main materials of the housing environment in case of fire. The present study aims to develop a pyrolysis model of the polymethylmethacrylate (PMMA). Our working approach is innovative in the international community, because it relies on a multi-scale approach, taking into account the evolution of the thermal, physical and chemical properties during the decomposition of the material. Our work was to know the physicochemical properties of our material. The study of the thermal decomposition of the PMMA under inert and oxidizing atmospheres was performed on the scale of the particle by means of differential scanning calorimetry, through thermogravimetric analysis coupled with various analytical devices for different heating rates. The thermal decomposition of PMMA was completed by a study on the scale of the material using the cone calorimeter, coupled with an analytical chain. The study, on the scale of the particle, has allowed us to propose a mechanism of thermal decomposition of PMMA in an inert atmosphere and under oxidizing atmosphere. The rate of each reaction mechanism is described by the Arrhenius law. The determination of these kinetics parameters and stoichiometric coefficient was performed by the optimization method of genetic algorithms

Parmi les méthodes d'allumage, l'initiation par diode laser présente de nombreux avantages. Les diodes laser sont très fiables, leur encombrement et leur poids sont faibles, elles peuvent donc facilement être utilisées dans les systèmes embarqués d'ignition. L'opto-inflammateur est composé de deux lentilles qui focalisent le faisceau laser sur le comprimé. Un hublot en saphir, juxtaposé à la composition pyrotechnique, protège l'ensemble optique mais provoque des pertes de chaleur qui se traduisent par une augmentation des seuils d'énergie. Ce montage a été utilisé pour déterminer la sensibilité de trois mélanges : Fe/KlO4, B/KClO4 et B/KNO3. Sur ce dernier, un comportement particulier a été observé car il y a une augmentation de l'énergie d'ignition lorsque la puissance laser augmente. Un emodélisation, basée sur une absorption progressive du faisceau laser à l'intérieur d'une composition pyrotechnique réactive a été mise au point. Elle tient compte des échanges d'énergie entre le système d'amorçage et le comprimé. Deux paramètres d'interface permettent d'optimiser les calculs. L'un concerne les échanges de chaleur au niveau de l'interface hublot/comprimé, l'autre concerne l'absorption du faisceau laser par le matériau énergétique. En combinant ces deux termes, il a été possible de corroborer les seuils expérimentaux sur cinq mélanges pyrotechniques.

Cette etude presente des resultats relatifs a des travaux experimentaux et theoriques concernant la modelisation d'une flamme de diffusion turbulente a base horizontale de petite dimension et les transferts d'energie radiative qui lui sont associes, en particulier lorsque cette flamme est soumise a des flux rayonnes exterieurs. Les champs de vitesse de temperature, de concentration en co#2, co et o#2 ainsi que de coefficient d'absorption du aux suies ont ete determines. Ces mesures ont permis d'obtenir des informations tres instructives sur l'evolution de la phase reactive, sous l'influence de flux radiatifs exterieurs. Sur le plan theorique, un modele de flamme de diffusion bidimensionnel, de forme elliptique, a ete resolu numeriquement. Le calcul donne les champs complets des grandeurs aerothermochimiques. Une methode de zones couplee avec une methode spectrale pour l'evaluation des proprietes radiatives a ete mis au point pour calculer les flux radiatifs en retour vers la base de foyer, ainsi que sur des cibles environnantes; les champs thermochimiques utilises etant tires, soit de l'experience, soit de la modelisation theorique. L'accord entre les resultats obtenus et les valeurs de flux experimentales s'est revele tres satisfaisant

Les éléments séparatifs à base de plaques de plâtre (cloisons, bloc-porte…) sont d’abord destinés à délimiter les espaces à l’intérieur d’une construction. Ils contribuent aux exigences essentielles pesant sur l’ouvrage en termes de sécurité en cas d’incendie, d’isolation thermique et acoustique. La réglementation française stipule que la vérification de la résistance au feu des ces éléments doit être vérifiée par des essais en vraie grandeur menées selon des procédures normalisées et qui sont souvent onéreux pour les industriels. De plus, la limite du four (5 m de hauteur et 7 m de largeur actuellement) pose un problème pour les fabricants quand ils veulent valider des cloisons plus grandes. Par conséquent, la tendance industrielle est de développer une méthode prédictive du comportement au feu des éléments séparatifs. Cette thèse présente une étude dans le cadre du projet de recherche de EFECTIS France, ce qui conduit à l'élaboration d'un modèle numérique capable de prédire le comportement thermo-mécanique des cloisons en plaques de plâtre se composant d’une ossature métallique vissée sur des parements en plaques de plâtre, quand elles sont soumises à une action thermique normalisée de EN 1363-1 sur une face. Dans cette étude, on présente d’abord des programmes d’essais qui permettent d’une part, d’identifier les propriétés thermo-physiques et thermo-mécaniques de plaques de plâtre cartonné, à température ambiante et à haute température, et d’autre part de caractériser la liaison cinématique de la fixation par vissage des parements en plaques de plâtre sur les montants acier de l’ossature interne, à température ambiante. En suite, on présente le développement des modèles thermique et mécanique avec le logiciel CAST3M en utilisant les paramètres mesurés lors des programmes d’essais sur les matériaux et les assemblages. Les modèles développés permettent de prendre en compte : (i) les phénomènes de transfert thermique par conduction, rayonnement et convection au travers d’une cloison - (ii) la chute du parement exposé de la cloison pendant l’essai - (iii) le comportement mécanique de la cloison elle-même, c'est-à-dire le comportement thermo-mécanique de ses éléments constitutifs (plaques de plâtre cartonné et montants métalliques) ainsi que celui des assemblages vissés des plaques de parements sur les montants d’ossature
The fire resistance of building elements (partition walls, door sets ...) by means of tests according to standard procedures is often expensive for manufacturers. In consequence, Efectis France is conducting a specific research project aiming to develop an efficient and economical tool in order to carry out the preliminary design of new products as well as their optimization and extend the application of experimental results to configurations different from those of the test (change of size, of component, of boundary conditions ...). This thesis presents a study in the scope of above research project, which led to the development of a numerical model capable of predicting the thermo-mechanical behavior of separating elements such as flexible partitions made with internal steel studs and plasterboard facings, when they are subjected to standard thermal action of EN 1363-1 on one side. This study is organized in three steps. The first one is an experimental investigation relative to the characterization of thermo-physical and of thermo-mechanical properties of plasterboards used in above mentioned partition walls. In the second step, a specific numerical model for the analysis of plasterboard partition fire behavior is developed. This model allows treating not only nonlinear heat transfer but also the nonlinear structural behavior of the partitions from thermal stresses taking into account the degradation of rigidities for the punctual screwing of plasterboards on the steel studs. In the third step, the prediction of the numerical model is compared with experimental results in terms of temperature and displacements of the partitions. The comparisons enable to show the validity of the numerical model to predict appropriately the fire behavior of plasterboard partitions

Ce travail est consacré à l'étude des interactions entre combustible, flamme et gouttes d'eau générées par des systèmes de type brouillard d'eau. Il est complété par le développement d'un modèle d'extinction dans le logiciel FDS (Fire Dynamics Simulator), code CFD largement utilisé dans la communauté scientifique et dans l'ingénierie. L'acquisition de connaissances sur les phénomènes physiques induits par l'application d'un spray sur un feu résulte de l'analyse d'une campagne expérimentale à échelle réelle. 84 essais de feux confinés et ventilés ont ainsi été réalisés faisant intervenir un brouillard d'eau et une instrumentation qui permet d'étudier l'influence sur l'extinction: du combustible, du temps de combustion avant déclenchement du brouillard d'eau, du diamètre du bac pour les feux de liquide inflammable, du nombre de buses et du placement du foyer. L'ajout d'un post-traitement au logiciel FDS sous la forme de bilans de masse et d'énergie dans le code permet de compléter les observations expérimentales et de quantifier l'importance des différents transferts thermiques avant et pendant l'aspersion d'eau. Deux modèles complémentaires permettent de déterminer l'extinction par refroidissement du combustible et par refroidissement de la flamme / inertage. Ils sont étudiés pour des cas appropriés sur les versions 5 et 6 de FDS. La capacité du code complet modifié à prédire l'extinction est évaluée
This work is devoted to the study of interactions between fuel, flame and water droplets generated by water mist systems. It is completed by an extinction model development in FDS (Fire Dynamics Simulator) software, which is a CFD code widely used by the scientific and engineering communities. Knowledge on physical phenomena induced by water application on fire is acquired thanks to an experimental campaign at real scale. 84 confined and ventilated fire tests have been carried out involving water mist and metrology allowing to study the influence on extinction of: fuel, combustion time before water mist application, pool diameter for liquid fuel fires, number of nozzles and fuel location. A post-processing in the form of mass and energy balances has been added to FDS, allowing to complete experimental observations and to quantify the different heat transfer modes before and during water application. Two complementary models allow extinction determination by fuel cooling and flame cooling / inerting effects. Their capability is analyzed for appropriate cases on the versions 5 and 6 of FDS. The capability of the complete modified code to predict extinction is finally evaluated

L'influence de l'entrainement naturel de l'air sur la structure d'une flamme representative d'un incendie est etudiee. A partir d'images d'emission et de tomographie laser des flammes, de mesures de temperature par thermocouples fins, de vitesse par velocimetrie laser doppler et de transfert de chaleur par des radiometres specialement developpes, des correlations empiriques et theoriques sont obtenues entre les parametres de la combustion et les caracteristiques geometriques et aerothermiques de la flamme. Trois configurations de feux sont traitees dans diverses conditions de confinement. Le developpement d'un feu le long d'une paroi verticale est caracterise en aval de la zone de pyrolyse simulee par l'injection d'hydrocarbure gazeux au travers d'un bruleur poreux. Le feu de paroi est etudie, soit en presence de parois laterales s'opposant a un entrainement tridimensionnel de l'air, soit en espace libre. La modelisation predit les proprietes de la flamme, en particulier sa hauteur, en considerant la geometrie et la puissance du foyer. Les proprietes aerothermiques d'un feu de compartiment comportant un linteau sont determinees lorsque le foyer est situe au fond de l'enceinte. Apres obstruction partielle de l'ouverture, la flamme stabilisee se detache de la surface d'injection et traverse l'enceinte a la recherche de comburant. Une flamme triple est proposee comme mode de stabilisation de cette flamme fantome. Pour simuler la degradation de combustibles situes dans une zone appauvrie en oxygene, un bruleur est place dans la partie haute viciee de l'enceinte. Une interpretation de la modification de structure de la flamme suivant le regime de fonctionnement est proposee. Cette recherche fournit des informations originales sur le comportement de feux standard lorsque l'entrainement de l'air depend de la geometrie. Elle contribue a l'evolution de codes de calcul d'analyse de surete pour le developpement et la propagation d'incendies domestiques ou industriels.

La compréhension du comportement des structures en maçonneries exposées au feu et la prédiction de leur résistance au feu, sont des besoins majeurs, exprimes par les industriels de la terre cuite, à cause du manque d'études disponibles. L'objectif de ce travail est de construire des outils numériques qui sont capables de prédire le comportement et la tenue au feu des murs de briques alvéolaires en terre cuite, porteurs ou non porteurs, montes avec joints épais en mortier traditionnel ou avec joints minces en mortier colle. Pour cela, des investigations expérimentales à l'échelle de matériau et à l'échelle structurale sont menées permettant de comprendre les phénomènes thermo-hygro-mécaniques contrôlant la tenue au feu. Ces phénomènes majeurs sont par la suite pris en compte dans la construction de modèles de comportement, dont la mise en oeuvre numérique permet de disposer d'un outil de simulation de la tenue au feu des maçonneries. Pour le problème thermique, les trois modes de transferts : conduction, convection et rayonnement, avec l'ajustement de l'effet hydrique dans la capacité thermique, permettent de simuler la réponse thermo-hydrique dans la structure alvéolaire en terre cuite. Sur le plan mécanique, la tenue au feu des murs en maçonnerie est abordée du point de vue du risque d'écaillage. Cette rupture, localisée ou diffuse, des parois peut conduire à une perte d'étanchéité du mur ou à celle de son intégrité mécanique. Pour évaluer ce risque, une modélisation thermo-élastique tridimensionnelle est proposée avec la prise en compte de l'évolution des propriétés avec la température. Cette modélisation simplifiée est complétée à un critère d'écaillage de type détachement-voilement. En parallèle avec des calculs de validations, des études paramétriques sont menées afin d'identifier les influences des paramètres thermiques, mécaniques sur le comportement thermo-mécanique des murs

La compréhension du comportement des structures en maçonneries exposées au feu et la prédiction de leur résistance au feu, sont des besoins majeurs, exprimes par les industriels de la terre cuite, à cause du manque d’études disponibles. L’objectif de ce travail est de construire des outils numériques qui sont capables de prédire le comportement et la tenue au feu des murs de briques alvéolaires en terre cuite, porteurs ou non porteurs, montes avec joints épais en mortier traditionnel ou avec joints minces en mortier colle. Pour cela, des investigations expérimentales à l’échelle de matériau et à l’échelle structurale sont menées permettant de comprendre les phénomènes thermo-hygro-mécaniques contrôlant la tenue au feu. Ces phénomènes majeurs sont par la suite pris en compte dans la construction de modèles de comportement, dont la mise en oeuvre numérique permet de disposer d’un outil de simulation de la tenue au feu des maçonneries. Pour le problème thermique, les trois modes de transferts : conduction, convection et rayonnement, avec l’ajustement de l’effet hydrique dans la capacité thermique, permettent de simuler la réponse thermo-hydrique dans la structure alvéolaire en terre cuite. Sur le plan mécanique, la tenue au feu des murs en maçonnerie est abordée du point de vue du risque d’écaillage. Cette rupture, localisée ou diffuse, des parois peut conduire à une perte d’étanchéité du mur ou à celle de son intégrité mécanique. Pour évaluer ce risque, une modélisation thermo-élastique tridimensionnelle est proposée avec la prise en compte de l’évolution des propriétés avec la température. Cette modélisation simplifiée est complétée à un critère d’écaillage de type détachement-voilement. En parallèle avec des calculs de validations, des études paramétriques sont menées afin d’identifier les influences des paramètres thermiques, mécaniques sur le comportement thermo-mécanique des murs
Understanding the behaviour of masonry structures exposed to fire and prediction of their fire resistance, are nowadays one of the major needs, expressed by manufacturers of fire-clay, because of the lack of available studies. The objective of this work is to build numerical tools that are able to predict the behaviour and resistance to fire of walls made with hollow fire-clay brick. The walls may be loadbearing or unloadbearing, joined with thick traditional mortar or thin adhesive mortar. For this purpose, experimental investigations at material scale and structural scale are carried out to understand the thermo-hygro-mechanical phenomena controlling the fire resistance rate. These major phenomena are then taken into account for the construction of behaviour models, which allow to dispose a tool of simulation of fire behaviour of masonry. For the thermal problem, the three transfer modes : conduction, convection and radiation, with the adjustment of the water effect in the heat capacity, can simulate the thermo-hygric response of alveolar structure in the fire-clay. On the mechanical problem, the fire resistance of masonry walls is approached from the point of view of the risk of spalling. This rupture, local or diffuse, of the brick partitions can lead to a loss of integrity or of loadbearing capacity. To evaluate this risk, a three-dimensional thermoelastic modeling is proposed with the taking into account of the evolution of the properties with the temperature. This simplified modeling is completed with a criterion of spalling of type detachment-buckling. In parallel with the validated calculations, parametrical studies are conducted to identify the influence of thermal, mechanical on the thermo-mechanical behaviour of the walls

Essentiellement expérimentale, la présente étude a pour objectif l'observation de l'évolution de la RTC et des caractéristiques géométriques d’une interface en fonction de la pression de contact ; ceci en vue d'améliorer les modèles de RTC proposés par certains auteurs. Parmi ces caractéristiques, celles qui nous intéressent plus particulièrement sont le taux réel de contact solide-solide S*, la densité de points de contact N et la distance de séparation d. Notre motivation principale est d’établir les lois d’évolution de ces trois paramètres puis de les corréler avec la RTC obtenue par la mesure thermique. Nous avons mis au point une méthodologie expérimentale permettant de réaliser les mesures thermiques de la RTC et les mesures de la micro-géométrie du contact et de ses déformations. Les mesures micro-géométriques sont basées sur des techniques non conventionnelles faisant appel à la profilométrie laser et à l’imagerie. L’essai de micro-dureté peut aussi être de grande importance pour l’estimation des paramètres caractérisant la micro-géométrie de l’interface solide-solide. Nous nous intéressons à une interface de contact entre une plaque de saphir transparent, lisse et infiniment rigide et un matériau métallique rugueux et déformable. L’étude expérimentale s’appuie sur un plan d’expérience visant d’abord à faire ressortir le comportement de la RTC en fonction des paramètres S*, N et d. Ce plan d’expérience est également construit dans le but de faire apparaître l’influence de la topographie et de l’élaboration de la surface sur ces trois paramètres de contact par le biais des paramètres de rugosité et de la micro-dureté Hv. Les expériences sont menées sur deux couples de matériaux laiton/saphir et acier/saphir et trois états de surface différents : contrôlé, électro-érodé et tourné. Les tests de reproductibilité de la mesure thermique démontrent la grande fiabilité du dispositif réalisé. L’étude profilométrique montre que les surfaces électro-érodées et tournées peuvent être considérée gaussiennes alors les surfaces contrôlées ne le sont pas. L’évolution du taux réel de contact S* en fonction de la pression de contact est étudiée essentiellement sur les surfaces contrôlées (Nconstant). S* est estimé de trois façon différentes : La première consiste à analyser les courbes d’Abbott relevées après chaque chargement, la deuxième fait appel au modèle de Bowden et Tabor S*=P/H et à la notion de micro-dureté effective Hc et dans la troisième nous avons tenté de le déterminer par un traitement spécifique des photographies des interfaces métal/saphir. L’évolution de la densité de points de contact N en fonction de la charge est observée pour les couples surface électro-érodée/saphir et surface tournée/saphir. Elle est déterminée essentiellement par l’imagerie. L’évolution de la distance de séparation des plans moyens des surfaces d en contact est obtenue en considérant d égale au paramètre de rugosité Rp relevé avant chargement et après chaque chargement. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que le comportement de la RTC en fonction de la pression de contact, de la rugosité et de la nature des matériaux en contact, est conforme à la littérature. Les résultats de l’estimation de la RTC en fonction des paramètres de contact S*, N et d se divisent en deux parties : la première concerne les surfaces contrôlées et la deuxième concerne les surfaces aléatoires « électro-érodées et tournées ». Pour les échantillons étudiés, la distance de séparation des plans moyens des surfaces en contact d est considérée égale au paramètre de rugosité Rp relevé avant chargement et après chaque chargement. Les résultats de l’estimation du taux réel de contact montrent que la technique profilométrique proposée lors de cette étude est plus adaptable dans les cas de double échelle de rugosité (surfaces à fortes rugosités). A fortes charges, cette technique peut donner des résultats très satisfaisants. La comparaison des valeurs de la RTC estimées en fonction de S*=P/Hc avec celles obtenues par la mesure thermique montre une grande pertinence du modèle Boden et Tabor, utilisant la notion de la micro-dureté effective Hc. On note que ce modèle masque la présence de plusieurs échelles de rugosité. On montre aussi que le modèle S*=P/Hv surestime le taux réel de contact, son utilisation donne des valeurs de RTC plus faibles que celles obtenues par la mesure thermique. La comparaison de la RTC estimée en fonction des paramètres de contact avec celle de la RTC obtenue par la mesure thermique montre que peu importe la courbe de N utilisée, l’utilisation du modèle de CMY donne des valeurs de la RTC de même ordre de grandeurs que celles mesurées. Le modèle de Bardon donne des valeurs bien supérieures que celles mesurées sauf pour les très forts chargements. Ce résultat peut être justifié par le fait que le modèle de CMY est adapté pour les surfaces gaussiennes alors que le modèle de Bardon est basé sur l’hypothèse de l’uniformité de tous les points de contact
Primarily experimental, the present study aims at the observation of the evolution of the TCR and the geometrical characteristics of an interface according to the contact pressure; this in order to improve the models of TCR proposed by certain authors. Among these characteristics, those which interest us more particularly are the real rate of contact solid-solid S*, the density of points of contact N and the separation distance d. Our principal motivation is to establish the laws of evolution of these three parameters then to correlate them with the TCR obtained by thermal measurement. We developed an experimental methodology allowing to carry out thermal measurements of the TCR and measurements of the micro-geometry of the contact and its deformations. Micro-geometrical measurements are based on non-conventional techniques calling upon laser profilometry and the imagery. The test of micro-hardness can also be of great importance for the estimate of the parameters characterizing the micro-geometry of the interface solid-solid. We are interested in an interface of contact between a plate of transparent, smooth and infinitely rigid sapphire and a rough and deformable metallic material. The experimental study is based on an experimental design initially aiming at emphasizing the behaviour of the TCR according to the parameters S* N and d. This experimental design is also built with an aim of revealing the influence of the topography and the development of surface on these three parameters of contact by the means of the parameters of roughness and the Hv micro-hardness. The experiments are undertaken on two couple’s materials brass / sapphire and steel / sapphire and three different surface qualities: controlled, electro-eroded and turned. The tests of reproducibility of thermal measurement show the great reliability of the device carried out. The profilometric study shows that electro-eroded surfaces and rounds can be considered Gaussian then controlled surfaces are not it. The evolution of the real rate of contact S* according to the contact pressure is studied primarily on controlled surfaces (N constant). S* is considered of three way different: The first consists in analyzing the curves of Abbott raised after each loading, the second fact call to the model of Bowden and Tabor S*=P/H and with the concept of effective micro-hardness Hc and in the third we tried to determine it by a specific treatment of the photographs of the interfaces to metal /sapphire. The evolution of the density of points of contact N according to the load is observed for the couples surfaces magnet-eroded / sapphire and surfaces turned / sapphire. It is given primarily by the imagery. The evolution of the distance from separation of the average plans of surfaces d in contact is obtained by considering d equal to the parameter of roughness RP raised before loading and after each loading. The experimental results obtained show that the behaviour of the TCR according to the contact pressure, of the roughness and the nature of materials in contact, is in conformity with the literature. The results of the estimate of the TCR according to the parameters of contact S*, N and d are divided into two parts: the first relates to controlled surfaces and the second relates to "electro-eroded and turned random surfaces. For the studied samples, the distance from separation of the average plans of surfaces in contact d is considered equal to the parameter of roughness RP raised before loading and after each loading. The results of the estimate of the real rate of contact show that the profilometric technique suggested at the time of this study is more adaptable in the cases of stepladder of roughness (surfaces with strong roughness). With strong loads, this technique can give very satisfactory results. The comparison of the values of the TCR estimated according to S*=P/Hc with those obtained by thermal measurement shows a great relevance of the model Boden and Tabor, using the notion of the effective micro-hardness Hc. One notes that this model masks the presence of several scales of roughness. One also shows that the S*=P/Hv model over-estimates the real rate of contact, his use gives values of TCR lower than those obtained by thermal measurement. The comparison of the TCR estimated according to the parameters of contact with that of the TCR obtained by thermal measurement shows that it does not matter the curve of N used, the use of the model of CMY gives values of the of the same TCR order of magnitude as those measured. The model of Bardon gives values quite higher than those measured except for the very strong loadings. This result can be justified by the fact that the model of CMY is adapted for Gaussian surfaces whereas the model of Bardon is based on the assumption of the uniformity of all the points of contact

Le recours à la simulation numérique peut être précieux pour un investigateur cherchant à évaluer une hypothèse dans le cadre de la recherche des causes et circonstances d'un incendie. Pour utiliser cet outil, il est primordial de définir précisément le terme source, c'est-à-dire la quantité d'énergie ou de gaz combustibles que le foyer va dégager au cours du temps. Il peut être déterminé par des essais en échelle réduite ou réelle. La première approche est souvent préférée car plus facile à mettre en œuvre et moins coûteuse. Dans ce cas, il est ensuite nécessaire de transposer les résultats vers l'échelle réelle : pour cela, plusieurs types de modèles ont été proposés. Les plus complets reposent sur des modèles de pyrolyse, qui décrivent le comportement au feu à partir des réactions chimiques dans la phase condensée. Toutefois, ils ne sont pour l'instant pas mûrs pour les applications en investigation. C'est pourquoi une autre famille de modèles, dits thermiques, a été choisie dans l'étude présentée ici. Ces modèles visent à prédire le terme source en fonction de la sollicitation thermique uniquement. Les travaux sont divisés en deux parties principales, à savoir une caractérisation approfondie des transferts de chaleur au sein d'une flamme et une investigation de leur influence sur la décomposition des matériaux. Pour le premier sujet, l'accent est mis sur les transferts radiatifs car ils jouent un rôle prédominant dans l'entretien de la combustion et la propagation. Le rayonnement des flammes a donc été caractérisé pour plusieurs combustibles (kérosène, gazole, heptane, mousse polyuréthane et bois) et de nombreuses tailles de foyer (de 0,3 m à 3,5 m de côté). Les mesures, incluant de l'imagerie visible mais aussi un dispositif d'opacimétrie multispectral et un spectromètre infrarouge, ont permis de décrire la forme et l'émission des flammes. Ces données ont ensuite été utilisées dans un modèle (méthode de Monte-Carlo) pour prédire les flux thermiques reçus à différentes positions. Ces prédictions reproduisent bien les valeurs mesurées lors des essais, ce qui montre que les principaux phénomènes contrôlant le rayonnement ont été identifiés et pris en compte, pour toutes les tailles de foyer. Étant donné que l'objectif final est de fournir un outil de simulation complet, il a été choisi d'évaluer Fire Dynamics Simulator (FDS) afin de déterminer si le code permet de décrire correctement ces transferts radiatifs. Ce travail a été fait grâce aux données et connaissances acquises précédemment et montre que le code prédit correctement les flux reçus. Il a donc été choisi, pour la suite des travaux, de se reposer sur le modèle de rayonnement déjà incorporé dans FDS, pour profiter de son couplage avec le reste des modèles utiles à la simulation incendie. Concernant le second thème de l'étude, à savoir l'effet du rayonnement sur la décomposition, un travail expérimental a été mené sur la mousse polyuréthane au cône calorimètre, afin de lier la vitesse de perte de masse (MLR, pour Mass loss rate) au flux thermique imposé. Ces données ont permis de construire un modèle prédisant le MLR en fonction du temps et de l'éclairement, ce qui représente bien l'approche thermique évoquée précédemment. Des essais à plus grande échelle ont servi à caractériser la propagation du feu à la surface du combustible mais aussi à l'intérieur des échantillons de mousse, en employant différents moyens de mesure (imagerie visible, thermométrie, photogrammétrie). En plus des connaissances acquises, cette étude indique que l'utilisation de données obtenues à petite échelle est possible pour prédire le comportement au feu à échelle réelle. C'est donc ce qui a été fait, en modifiant le code source de FDS, pour intégrer une approche thermique en utilisant les données du modèle décrivant le MLR en fonction du temps et de l'éclairement. Les premières simulations montrent des résultats encourageants, et seront complétées par l'étude de géométries plus complexes
Numerical simulations can provide valuable information to fire investigators, but only if the fire source is precisely defined. This can be done through full- or small-scale testing. The latter is often preferred because these tests are easier to perform, but their results have to be extrapolated in order to represent full-scale fire behaviour. Various approaches have been proposed to perform this upscaling. An example is pyrolysis models, which involve a detailed description of condensed phase reactions. However, these models are not ready yet for investigation applications. This is why another approach was chosen for the work presented here, employing a heat transfer model: the prediction of mass loss rate for a material is determined based on a heat balance. This principle explains the two-part structure of this study: first, a detailed characterisation of heat transfers is performed; then, the influence of these heat transfers on thermal decomposition is studied. The first part focuses on thermal radiation because it is the leading mechanism of flame spread. Flame radiation was characterised for several fuels (kerosene, diesel, heptane, polyurethane foam and wood) and many fire sizes (from 0.3 m up to 3.5 m wide). Measurements included visible video recordings, multispectral opacimetry and infrared spectrometry, which allowed the determination of a simplified flame shape as well as its emissive power. These data were then used in a model (Monte-Carlo method) to predict incident heat fluxes at various locations. These values were compared to the measurements and showed a good agreement, thus proving that the main phenomena governing flame radiation were captured and reproduced, for all fire sizes. Because the final objective of this work is to provide a comprehensive fire simulation tool, a software already available, namely Fire Dynamics Simulator (FDS), was evaluated regarding its ability to model radiative heat transfers. This was done using the data and knowledge gathered before, and showed that the code could predict incident heat fluxes reasonably well. It was thus chosen to use FDS and its radiation model for the rest of this work. The second part aims at correlating thermal decomposition to thermal radiation. This was done by performing cone calorimeter tests on polyurethane foam and using the results to build a model which allows the prediction of MLR as a function of time and incident heat flux. Larger tests were also performed to study flame spread on top and inside foam samples, through various measurements: videos processing, temperatures analysis, photogrammetry. The results suggest that using small-scale data to predict full-scale fire behaviour is a reasonable approach for the scenarios being investigated. It was thus put into practice using FDS, by modifying the source code to allow for the use of a thermal model, in other words defining the fire source based on the model predicting MLR as a function of time and incident heat flux. The results of the first simulations are promising, and predictions for more complex geometries will be evaluated to validate this method

L'amélioration de la sécurité incendie au sein de l'habitat est un des principaux objectifs de la recherche actuelle. En effet, chaque année, un grand nombre de feux sont déclarés, générant la perte de nombreuses vies humaines, de fortes pertes financières, l'endommagement des structures et la pollution de l'environnement. Face à cette problématique, on remarque qu'un grand nombre de pays d'Europe possèdent une législation très pauvre vis-à-vis de la protection incendie dans l'habitat. Historiquement, les bâtiments ont été dessinés suivant des obligations prescriptives. La tendance de l'ingénierie de la sécurité incendie (Fire Safety Engineering, FSE selon le sigle Anglais) a changé amplement pendant la dernière décennie : des groupes de recherche dans le domaine de l'incendie ont mis au point les principes du design fondé sur la performance (Performance Building Design, PBD en Anglais). Le PBD a permis une approche de la sécurité incendie fondée sur la prédiction du comportement d'un incendie dans des scénarios donnés, en utilisant des outils numériques d'ingénierie. L'approche PBD de FSE est une méthodologie qui a été initialement développée pour les établissements recevant du public, toutefois peu à peu cette approche commence à être utilisée dans tout type d'habitat. La prédiction du comportement d'un incendie nécessite le calcul du débit calorifique (Heat Release Rate, HRR en Anglais) qui est la grandeur physique utilisée pour la mesure de la puissance d'un feu. En ingénierie, le HRR est indispensable à l'estimation de la sévérité du sinistre et des possibles endommagements causés dans un scénario donné. Sa détermination dépend des combustibles présents lors de l'incendie ainsi que de l'environnement du sinistre. La prédiction du HRR est réalisée à l'aide des codes de simulation numérique de l'incendie. Ceux-ci sont un assemblage de plusieurs sous modèles dont chacun calcule un ensemble des phénomènes présents dans la combustion p. ex. la pyrolyse, le rayonnement, la turbulence, etc. 8 La capacité à prédire correctement le HRR est limitée par les calculs très simplifiés du processus de décomposition thermique des solides. La décomposition est notamment dépendante des processus diffusifs et chimiques mis en jeu dans la zone comprise entre le solide et la flamme, lesquels ne sont pas modélisés de façon rigoureuse. Par le passé, plusieurs études expérimentales ont permis de mesurer le HRR d'un certain nombre de produits, cependant, ils ne contribuent pas à la compréhension de la physique du processus de décomposition de la matrice solide, donnée pourtant essentielle car source des espèces volatiles et du débit massique du combustible. En effet, un grand nombre de simulations trouvées dans la littérature font une approche empirique de la production de fuel ou considèrent une seule étape de décomposition. C'est dans ce contexte que prend place la présente étude qui vise à caractériser la cinétique de décomposition de combustibles solides et de formation des espèces volatiles : les changements survenus dans la phase solide sont pris en compte ensemble avec ceux de la phase gazeuse (dégagement d'espèces). La détermination du mécanisme de décomposition est une tâche fondamentale de l'analyse thermique. Le mécanisme doit considérer la succession des transformations de la matière pendant la gazéification des solides. Cette succession inclus les échantillons vierges ainsi que ceux qui ont déjà souffert des attaques thermiques (sous produits des étapes de décomposition). Le mécanisme de décomposition constitue une des principales données d'entrée de la grande majorité de modèles de décomposition thermique. Cette recherche tient compte de la décomposition thermique d'une mousse polyéther polyuréthane (PPUF) à trois échelles différentes. Chaque échelle caractérise le comportement au feu d'une masse différente de mousse et est concentrée sur l'étude de phénomènes particuliers : · L'échelle matière permet l'analyse du comportement d'échantillons avec des masses proches d'un milligramme. À l'échelle matière, les effets de transfert de chaleur et des espèces sont minimisés et l'effet de l'augmentation de la température du solide peut être étudié précisément. L'échantillon est considéré comme une particule de masse et de dimension négligeables, de sorte que sa température soit homogène. · La petite échelle permet l'analyse des échantillons avec des masses proches de dix grammes. À l'échelle matière des gradients de transfert de chaleur et d'espèces existent. L'échantillon est irradié seulement par une des surfaces, produisant ainsi 9 le déplacement du front de décomposition. La combustion de matériaux polymériques est complexe et concerne souvent des processus simultanés tels que la pyrolyse, la décomposition oxydative et le processus de combustion avec présence de flamme. · L'échelle produit concerne des échantillons avec des masses proches d'un kilogramme. À cette échelle, la géométrie et le positionnement d'un produit ont un rôle fondamental dans la croissance du feu. La ventilation (la disponibilité d'oxygène et la turbulence) affecte également le processus de combustion. L'échelle produit montre le comportement au feu d'une mousse dans des conditions d'utilisation proches de celles de la réalité. Les résultats obtenus dans cette recherche vérifient que le mécanisme de décomposition reste inchangé indépendamment de l'échelle. Dans la littérature, ces trois échelles n'ont jamais été considérées ensemble. Généralement, chaque échelle est considérée indépendamment et les chercheurs restent concentrés sur les phénomènes observés à l'échelle étudiée. De plus, les résultats de l'échelle matière sont souvent extrapolés à l'échelle produit. Toutefois, les phénomènes supplémentaires qui apparaissent entre une échelle et l'autre ne sont pas pris en compte, engendrant une grande incertitude dans la prédiction des résultats. Cette recherche propose une contribution vis-à-vis de l'intégration verticale des résultats obtenus dans les trois échelles. L'intégration verticale signifie explorer la possibilité d'identifier quelles propriétés de la matière doivent être mesurées et fournies en tant que données d'entrée des codes de simulation incendie afin de pouvoir prédire la décomposition thermique des solides. Ces travaux constituent un pas dans une vision globale de la science des matériaux qui permettrait une prédiction très juste du comportement au feu des solides à diverses échelles tout en utilisant principalement des mesures menées à l'échelle matière et la petite échelle. La cinétique de la décomposition a été étudié à la petite échelle grâce à des analyses thermogravimétriques (TGA). Cette technique a permis de mettre en évidence le nombre d'étapes, les espèces qui entrent en réaction et de détailler le mécanisme de réaction. En outre, des algorithmes génétiques ont été utilisés pour calculer les paramètres cinétiques optimum qui permettent de prédire le changement de la masse d'un échantillon en fonction de la température. Selon la démarche à échelle croissante décrite ci-dessus, les propriétés thermiques ainsi que les paramètres cinétiques de la 10 décomposition du PPUF ont été utilisés comme données d'entrée dans un code de simulation incendie. Les simulations ont été réalisées avec le code de calcul le plus amplement utilisé dans le monde, Fire Dynamics Simulator (FDS V 5.3). Les simulations tentent de prédire le comportement du PPUF en cône calorimètre (petite échelle). Un faible calage entre les courbes de changement de la masse expérimentales et numériques a été observé. Une grande incertitude vis-à-vis de la façon d'introduire les données d'entrée a été identifiée ainsi que de leur interprétation. Des possibles voies d'amélioration des modèles de pyrolyse ont été proposées.

L'évolution des règles de construction et la généralisation des matériaux de synthèse dans les aménagements des locaux d'habitation ou professionnels ont modifié les méthodes empiriques de l'attaque du feu en espace clos ou semi-confiné. Aujourd'hui, le soldat du feu doit sans cesse adapter ses moyens et ses méthodes pour rester efficace. Durement touchée par de dramatiques accidents, la Brigade s'est appuyée sur le retour d'expérience pour redéfinir les besoins opérationnels et ainsi doter ses personnels de nouvelles protections. La veste d'intervention en cuir et l'appareil respiratoire isolant (ARI) bi-bouteilles sont remplacés par des tenues d'intervention en textile et un ARI mono bouteille. Estimant cependant que la conformité aux référentiels normatifs ne suffisait par à garantir la sécurité du porte lance lors de l'attaque du feu, la Brigade a réalisé des essais ergonomiques afin de définir les limites d'emploi des nouveaux équipements par comparaison avec celles des anciens. Les bilans comparatifs des caractéristiques intrinsèques de poids et de perméabilité des deux types d'équipement, les durées estimées d'engagement du sapeur-pompier lors de l'attaque du feu obtenues par la simulation numérique et les mesures de l'évolution des comportements physiologiques du porte lance relevées d'abord en laboratoire puis lors de manœuvres d'extinction à la " maison du feu ", dans le cadre de la loi " Huriet ", sont les principales étapes du protocole d'essais. Ces travaux ont montré que les évolutions et les caractéristiques techniques des protections individuelles de nouvelle génération augmentent le niveau général de sécurité du porte-lance, mais l'augmentation de l'autonomie respiratoire offerte par l'ARI mono bouteille (environ 1 heure) pourrait conduire à une fatigue intense, une déshydratation importante ou même un risque de coup de chaleur du porte-lance, dus à sa charge de travail et aux contraintes thermiques liées à l'ambiance d'un feu. Cette étude a permis de limiter à 25 minutes l'engagement du porte-lance à l'attaque du feu en espace clos ou semi-confiné et à proposer une phase de reconditionnement si un deuxième engagement s'avère nécessaire. Par ailleurs, elle a posé le cadre méthodologique de validation d'équipements de protection intégrant les caractéristiques physiologiques du sapeur-pompier et non pas seulement les possibilités techniques offertes par les équipements.

Cette étude s’inscrit dans le cadre de l’évaluation du risque d’accélération de flamme en situation accidentelle. La méthodologie développée dans le cadre de l’évaluation du risque hydrogène dans l’industrie nucléaire a permis de proposer un critère permettant d’évaluer le risque d’accélération des flammes de prémélange hydrogène/air/diluants, sur la base des propriétés du mélange. L’objectif de cette étude est l’acquisition de données fondamentales relatives aux mélanges gaz naturel/air et gaz de synthèse/air puis l’extension de la méthodologie appliquée aux mélanges hydrogène/air à ces mélanges. Ainsi, trois mélanges gazeux ont été choisis et ont fait l’objet de cette étude. Il s’agit du G27 (82%CH4/18%N2), du G222 (77%CH4/23%H2), et du H2/CO (50%H2/50%CO). Au cours de ce travail les limites d’inflammabilités des mélanges ont été déterminées pour une température initiale de 300 K et une pression de 1 et 2 bars. Les vitesses fondamentales de flamme et les longueurs de Markstein ont été mesurées à différentes températures initiales (300, 330 et 360 K) et à deux pressions initiales (1 et 2 bar) pour chacun des mélanges. Une modélisation cinétique de la vitesse de flamme a été réalisée et a permis l’évaluation de l’énergie d’activation globale sur la base du modèle cinétique présentant le meilleur accord avec l’expérience. La propension des mélanges a s’accélérer fortement en présence d’obstacles a ensuite été caractérisée au cours de l’étude de l’accélération de flamme. Cette étude de l’accélération de flamme a permis de mettre en évidence que différents critères d’accélération s’appliquent selon que la flamme soit stable ou pas. Un critère permettant de prédire l’accélération de flamme a été proposée dans les deux cas
The context of the current study is the assessment of the occurrence of flame acceleration in accidental situations. The methodology developed for the assessment of hydrogen hazard in the nuclear industry led to the definition of a criterion for the prediction of the acceleration potential of a hydrogen/air/dilutant mixture based on its properties. This study aims to extend this methodology to gaseous mixtures that can be encountered in the classical industry. Therefore, three mixtures were chosen: the first two are representatives of a natural gas/air mixture: G27 (82%CH4/18%N2) and G222 (77%CH4/23%H2). The third one is a H2/CO (50%H2/50%CO) mixture and represents the Syngas. During this work, flammability limits were measured at 300 K and two initial pressures (1 and 2 bar) for each mixture. Fundamental flame speeds and Markstein lengths were also measured at three initial temperatures (300, 330, 360 K) and 2 initial pressures (1 and 2 bar) for each mixtures. A kinetic modeling was performed based on three detailed kinetic models and allowed the calculation of the global activation energy on the basis of the kinetic model which showed the best agreement with the experimental data. The acceleration potential for each mixture in presence of obstacles has then been investigated. It was found that different criteria were to be applied depending on whether the flame is stable or not. A predicting criterion was proposed in both case

Ce travail de thèse est consacré à l’évaluation et l’amélioration des modèles à zones, utilisés dans l’ingénierie de la sécurité incendie pour simuler la propagation des fumées dans un bâtiment en situation d’incendie. Il a pour ambition d’améliorer la compréhension des écoulements des fumées dans un bâtiment. Le mémoire de thèse est divisé en deux parties. La première est essentiellement consacrée à l’état de l’art et à une évaluation de la capacité du code CFAST, code à zones largement utilisé dans l’ingénierie de la sécurité incendie, à simuler les écoulements de fumées dans un bâtiment. Le code à zones CFAST est confronté aux résultats d’une campagne expérimentale à échelle réelle réalisée dans un bâtiment d’habitation de type R+3. La seconde partie du manuscrit, plus académique, consiste à étudier les écoulements de fumée dans un bâtiment. Dans un premier temps, deux phénomènes sont étudiés : le phénomène de remplissage d’un local par des fumées d’incendie, et le phénomène de remplissage / vidange simultanés d’un local ventilé naturellement. Des modèles à zones permettant de décrire ces phénomènes sont présentés. Deux campagnes expérimentales ont été menées à échelle réduite sur des maquettes thermiques de locaux, afin d’étudier les deux phénomènes et d’évaluer et améliorer les modèles à zones. De plus, des simulations numériques complémentaires avec le code à champs FDS (Fire Dynamics Simulator) sont réalisées pour étendre le domaine d’étude du phénomène de remplissage. Enfin, des améliorations du modèle à zones sont proposées. Après l’étude des phénomènes liés aux écoulements de fumée dans un local unique, les écoulements de fumées dans une configuration multi-compartiments, constituée de deux locaux reliés par une cage d’escalier, sont étudiés expérimentalement à l’échelle du laboratoire
This work is devoted to the evaluation and improvement of zone models, used in fire safety engineering to simulate the smoke propagation in a building in a fire situation. It aims at improving the understanding of the smoke flow in a building. The PhD work is divided into two parts. The first part is essentially devoted to a bibliographical survey and an evaluation of the ability of a zone code CFAST, widely used in fire safety engineering, to simulate smoke flows in a building. Numerical results with CFAST are compared with the data of a real-scale experimental campaign carried out on a three-storey residential building. The second part, more academic, consists of studying the smoke flows in a building. Two phenomena are first studied, namely the smoke filling of a room, and the simultaneous filling and emptying of a naturally ventilated room. Zone models describing these phenomena are presented. Two experimental campaigns are conducted on reduced scale room models, in order to study the two phenomena and to evaluate and improve the zone models. Furthermore, numerical simulations with the CFD code FDS (Fire Dynamics Simulator) are performed to extend the study field of the smoke filling. Finally, improvements to the zone model are proposed. After studying the phenomena related to smoke flows in a single room, the smoke flows in a multi-compartment configuration, consisting of two rooms connected by a stairwell, are experimentally studied at the laboratory scale

Ce travail aborde l’étude d’une sélection de structures de combustion provenant de Régismont-le-Haut (Hérault, France) et des Bossats (Seine-et-Marne, France) en suivant une méthode multiscalaire. Ces deux sites de plein air livrent une documentation archéologique riche permettant de renseigner pour le premier une phase récente de l’Aurignacien et une phase ancienne du Gravettien, entre autres, pour le second. Du point de vue méthodologique, la démarche retenue implique de débuter par l’analyse des données de terrain (échelle macroscopique), de poursuivre les investigations grâce à la micromorphologie (échelles méso- et microscopique) et finalement d’avoir recours à la géochimie organique (échelle moléculaire). Afin d’affiner les clefs de lecture des résultats archéologiques et de proposer de nouvelles pistes de réflexion, un programme d’expérimentation a également été conduit. La mise en œuvre conjointe de ces différentes approches complémentaires dans l’optique de croiser leurs résultats et leurs hypothèses interprétatives fait notamment la part belle à la prise en compte de la matière organique présente dans les sédiments des structures de combustion. Les résultats obtenus permettent à la fois de mieux cerner les modes de fonctionnement et d’utilisation des différentes structures tout en prenant en compte leur évolution taphonomique. Les questions des aménagements, de l’intensité du fonctionnement, des types de combustible et de la fonction sont abordées dans le cas des structures primaires, les foyers, mais les structures secondaires apportent également des informations en ce qui concerne les activités d’entretien. La mise en perspective de ces résultats acquis sur deux sites particulièrement bien préservés permet une discussion plus large de la place des structures de combustion au début du Paléolithique supérieur, période pour laquelle les pyrotechnologies demeurent un domaine encore trop méconnu des comportements humains
This study treats a selection of combustion structures from Régismont-le-Haut (Hérault, France) and les Bossats (Seine-et-Marne, France) using a multiscalar approach. These two open-air sites provide an extremely rich archaeological documentation of, respectively, a recent phase of the Aurignacian and an early phase of the Gravettian (among others). Methodologically the study entails treating three scales of analysis, beginning with field data (macroscopic scale), followed by micromorphological investigation (meso- and microscopic scales), and finishing with geochemical analyses (molecular scale). An experimental program was also developed in order to refine our tools for interpreting our archaeological datasets, as well as to propose novel avenues of reflexion. The concomitant application of these complementary approaches and subsequent cross-examination of their respective results underlines the important role of organic matter in the combustion structure sediments. The results obtained allow for a better understanding of fire structure operation and use, as well as the taphonomic evolution. For primary structures questions regarded additional construction of the structures, intensity of use, types of fuel, and their function, while secondary structures brought to the table information regarding maintenance activities. The contextualization of results obtained from these two particularly well-preserved sites allows us to reflect more widely upon the role of combustion structures in the Early Upper Palaeolithic, a period during which pyrotechnology remains a little explored sphere of human behaviour

Dans le cadre de ce travail nous étudions le comportement thermomécanique d'une cloison légère faite de plaques carton-plâtre-carton (CPC) vissées sur une ossature métallique. Cette étude consiste d'une part à mener une analyse expérimentale pour identifier les propriétés thermiques, mécaniques et thermomécaniques des différents constituants de la cloison, et d'autre part, à développer un modèle analytique et un modèle numérique robuste du comportement thermomécanique non linéaire de cloisons légères soumises à un incendie naturel. Pour une modélisation robuste, nous avons d'une part développé un modèle du comportement thermomécanique de l'assemblage par vissage, et d'autre part développé un modèle global de la cloison légère en combinant, le modèle thermomécanique non linéaire du vissage, le modèle du comportement thermomécanique d'une plaque CPC et le modèle de l'ossature métallique. Comme il existe une grande variabilité dans les résultats expérimentaux, les incertitudes doivent être prises en compte. Pour ce faire, nous avons proposé d'utiliser un modèle probabiliste du comportement de l'assemblage par vissages