Soutenance de thèse de NARCISSE Alexandre
Titre de thèse
Contribution à l'étude du rôle des écrans de cantonnement dans le contrôle des fumées d'incendie en tunnel
Contribution to the study of the role of smoke curtains in tunnel fire smoke control
Résumé de la thèse
Les incendies en milieu confiné, notamment dans les tunnels, peuvent entraîner
des conditions dangereuses sur de grandes distances en raison de la faible dispersion
des produits de combustion. Dans ce contexte, la ventilation joue un rôle essentiel
dans le contrôle des fumées et dans le maintien de conditions favorables à l'éva-
cuation des usagers. Les écrans de cantonnement constituent un moyen passif de
limitation de la propagation des fumées, mais leur interaction avec un écoulement
longitudinal reste insuffisamment caractérisée. En particulier, aucun critère ne
permet actuellement de déterminer les conditions nécessaires pour empêcher le
débordement d'une nappe de fumées sous un écran en présence d'un courant d'air
longitudinal. Cette thèse vise ainsi à caractériser les mécanismes de blocage des
fumées par un écran de cantonnement et à établir les lois de comportement associées.
L'étude repose principalement sur une approche expérimentale, menée sur une
maquette de tunnel à l'échelle 1/20 environ, dans laquelle les effets gravitaires
d'un incendie sont reproduits par une injection d'hélium. La méthodologie de
travail est définie en trois étapes : on caractérise d'abord les écoulements autour
d'obstacles (type écran), on étudie la propagation de nappes de fumées avec une
ventilation longitudinale, puis on analyse leur interaction avec un écran en faisant
varier la puissance du foyer, le taux d'obstruction (taille de l'écran) et la pente du
tunnel. Les résultats mettent en évidence une zone de recirculation importante en
aval de l'écran, dont l'extension dépend du coefficient de blocage et avec laquelle
la nappe de fumées interagit directement. On définit alors la vitesse de blocage,
correspondant à la vitesse minimale de ventilation permettant d'empêcher une
nappe déjà développée de franchir l'écran. On constate que l'écran permet de
réduire de façon significative la vitesse de ventilation nécessaire pour bloquer les
fumées, mais au prix d'une accumulation des fumées et d'une diminution locale
de la hauteur libre en amont du foyer. Ces résultats apportent ainsi des éléments
pour mieux caractériser le potentiel des écrans de cantonnement comme dispositif
complémentaire à la ventilation mécanique dans les tunnels.
Thesis resume
Fires in confined environments, and in tunnels in particular, can generate
hazardous conditions over long distances due to the poor dispersion of combustion
products. In this context, ventilation plays an essential role in controlling smoke and
maintaining conditions favourable to the evacuation of users. Smoke curtains provide
a passive means of limiting smoke spread, but their interaction with a longitudinal
flow remains insufficiently characterised. In particular, no criterion is currently
available for determining the conditions required to prevent a smoke layer from
spilling underneath a curtain in the presence of a longitudinal air flow. This thesis
therefore aims to characterise the mechanisms by which a smoke curtain blocks
smoke and to establish the associated behaviour laws. The study relies primarily on
an experimental approach, conducted on an approximately 1/20 scale tunnel model
in which the buoyancy effects of a fire are reproduced by helium injection. The
methodology is defined in three stages : the flow around obstacles (curtain-type) is
first characterised, the propagation of smoke layers under longitudinal ventilation
is then studied, and finally their interaction with a curtain is analysed by varying
the fire heat release rate, the blockage ratio (curtain size) and the tunnel slope.
The results reveal a large recirculation zone downstream of the curtain, whose
extent depends on the blockage coefficient and with which the smoke layer interacts
directly. The blocking velocity is then defined as the minimum ventilation velocity
required to prevent an already developed smoke layer from passing beyond the
curtain. The curtain is found to significantly reduce the ventilation velocity needed
to block the smoke, but at the cost of smoke accumulation and a local reduction
in the clear height upstream of the fire. These results thus provide elements for
better characterising the potential of smoke curtains as a device complementary to
mechanical ventilation in tunnels.