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RAPPORT D’ÉTUDE 14 / 03 / 2014 Réf. : DRA-14-141478-03176A Formalisation du sav

RAPPORT D’ÉTUDE 14 / 03 / 2014 Réf. : DRA-14-141478-03176A Formalisation du savoir et des outils dans le domaine des risques majeurs (DRA-76) -2 Modélisations de feux industriels Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 1 sur 47 Formalisation du savoir et des outils dans le domaine des risques majeurs (DRA-76) -2 Modélisations de feux industriels Liste des personnes ayant participé à l’étude : Stéphanie JOLLY -2 : FEUX INDUSTRIELS Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 2 sur 47 PRÉAMBULE Le présent rapport a été établi sur la base des informations fournies à l'INERIS, des données (scientifiques ou techniques) disponibles et objectives et de la réglementation en vigueur. La responsabilité de l'INERIS ne pourra être engagée si les informations qui lui ont été communiquées sont incomplètes ou erronées. Les avis, recommandations, préconisations ou équivalent qui seraient portés par l'INERIS dans le cadre des prestations qui lui sont confiées, peuvent aider à la prise de décision. Etant donné la mission qui incombe à l'INERIS de par son décret de création, l'INERIS n'intervient pas dans la prise de décision proprement dite. La responsabilité de l'INERIS ne peut donc se substituer à celle du décideur. Le destinataire utilisera les résultats inclus dans le présent rapport intégralement ou sinon de manière objective. Son utilisation sous forme d'extraits ou de notes de synthèse sera faite sous la seule et entière responsabilité du destinataire. Il en est de même pour toute modification qui y serait apportée. L'INERIS dégage toute responsabilité pour chaque utilisation du rapport en dehors de la destination de la prestation. -2 : FEUX INDUSTRIELS Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 3 sur 47 TABLE DES MATIÈRES 1. INTRODUCTION .............................................................................................. 5 1.1 Les référentiels OMEGA ............................................................................... 5 1.2 Domaine d’application ................................................................................... 5 1.3 Organisation du document ............................................................................ 5 2. DEFINITIONS PRINCIPALES .......................................................................... 7 3. DESCRIPTION GENERALE DU PHENOMENE D’INCENDIE ....................... 11 3.1 Définition générale de la combustion .......................................................... 11 3.2 Différentes formes de combustion ............................................................... 13 3.3 Processus de combustion pour un feu industriel ......................................... 13 3.3.1 Combustibles liquides .............................................................................. 13 3.3.2 Combustibles solides ............................................................................... 14 3.3.3 Principe de la combustion ........................................................................ 15 3.3.3.1 Emission de vapeurs ......................................................................... 15 3.3.3.2 Domaine d’inflammabilité .................................................................. 15 3.3.3.3 Energie d’inflammation ...................................................................... 16 3.3.3.4 Conditions d’inflammation d’un combustible liquide ou solide ........... 16 3.4 Flamme ....................................................................................................... 17 4. TRANSFERT DE CHALEUR .......................................................................... 19 4.1 Convection .................................................................................................. 20 4.2 Conduction .................................................................................................. 20 4.3 Rayonnement .............................................................................................. 20 5. MODELISATION DES EFFETS THERMIQUES RADIATIFS ......................... 23 5.1 Modèle du point source ............................................................................... 23 5.2 Modèle de la flamme solide ......................................................................... 25 5.2.1.1 Modèle de flamme solide à une zone ................................................ 25 5.2.1.2 Modèle de flamme solide à plusieurs zones ...................................... 26 5.2.2 Paramètres pour le modèle de la flamme solide ...................................... 27 5.3 Calcul du flux rayonné reçu par la cible ....................................................... 28 5.3.1 Facteur de transmissivité atmosphérique ................................................ 28 -2 : FEUX INDUSTRIELS Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 4 sur 47 5.3.1.1 la corrélation de Brzustowski et Sommer .......................................... 29 5.3.1.2 la corrélation de Lannoy : .................................................................. 29 5.3.1.3 La corrélation de Bagster .................................................................. 29 5.3.1.4 Corrélation de Wayne ........................................................................ 30 5.3.2 Facteur de forme ...................................................................................... 31 5.3.2.1 Le calcul intégral du facteur de vue ................................................... 31 5.3.2.2 Cas d’un cylindre droit ....................................................................... 33 5.3.2.3 Cas d’un plan vertical ........................................................................ 34 5.3.3 Application au cas d’une cible humaine ................................................... 35 5.3.4 Rappel sur le rôle des écrans thermiques ................................................ 39 6. EFFETS ET SEUILS RETENUS .................................................................... 41 6.1 Préambule .................................................................................................. 41 6.2 Effets du rayonnement thermique............................................................... 41 6.2.1 Notion de brûlures .................................................................................... 41 6.2.2 Vulnérabilité ............................................................................................. 42 6.2.3 Effets et dose ........................................................................................... 42 7. CONCLUSION ............................................................................................... 45 8. REFERENCES ............................................................................................... 47 -2 : FEUX INDUSTRIELS Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 5 sur 47 1. INTRODUCTION 1.1 LES REFERENTIELS OMEGA Les référentiels OMEGA constituent un recueil global formalisant l’expertise de l’INERIS dans le domaine des risques accidentels. Ce recueil concerne les thèmes suivants : - l’analyse des risques, - les phénomènes physiques impliqués en situation accidentelle (incendie, explosion, BLEVE, , …), - la maîtrise des risques d’accidents majeurs, - les aspects méthodologiques pour la réalisation de prestations réglementaires (étude de dangers, analyse critique, …). Ces rapports ont vocation à présenter les connaissances considérées comme consolidées au moment de leur rédaction. Ces rapports sont mis à disposition des acteurs de la maîtrise des risques d'accidents majeurs qui en feront bon usage sous leur responsabilité. Certains de ces rapports sont traduits en anglais en vue d'en favoriser leur diffusion. Les concepts exposés dans ces rapports n'ont pas vocation à se substituer aux dispositions règlementaires. 1.2 DOMAINE D’APPLICATION La version précédente de l’Oméga 2 traitait des feux de nappe. Cette nouvelle version comporte une partie relative aux feux de nappe et une seconde partie relative aux feux d’entrepôts. Dans cette seconde partie, la nouvelle méthodologie mise en œuvre dans le cadre du projet partenarial FLUMILOG est plus particulièrement présentée. Auparavant, les feux d’entrepôts étaient traités avec le modèle des feux de nappe en adaptant certaines données d’entrée et hypothèses. Les distances d’effets étaient alors déterminées sans caractériser la cinétique de propagation dans le milieu confiné que représente l’entrepôt. Ce rapport oméga traite plus particulièrement de la modélisation des effets radiatifs des feux industriels impliquant soit des combustibles solides, soit des combustibles liquides. L’impact possible des fumées d’incendie est traité dans le rapport Oméga 16. 1.3 ORGANISATION DU DOCUMENT Le rapport Omega 2 comprend 3 éléments distincts :  La partie commune, objet de ce présent rapport, qui présente les généralités relatives aux feux de solides et de liquides ;  La partie A qui traite des feux de liquide ;  La partie B qui traite des feux de solides et plus particulièrement des feux d’entrepôts. La méthode présentée est issue d’un travail de mise en -2 : FEUX INDUSTRIELS Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 6 sur 47 commun d’outils de modélisation utilisés par des organismes français dont l’INERIS et a été validée par la réalisation d’essais de grande échelle. Ces deux dernières parties sont structurées de façon différente. En effet, les feux de nappe possèdent une bibliographie conséquente ainsi qu’une multitude d’outils de calcul qui sont évoqués dans la partie A. En revanche, pour la modélisation des feux d’entrepôts, la littérature étant plus restreinte et les outils de calcul se basant sur la théorie des feux de nappe, la partie B s’est attachée spécifiquement à décrire la méthode novatrice mise en œuvre dans le cadre du projet Flumilog. -2 : FEUX INDUSTRIELS Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 7 sur 47 2. DEFINITIONS PRINCIPALES Ce chapitre propose quelques définitions relatives aux mécanismes et aux conséquences d’un feu de nappe ou de solides. Classées par ordre alphabétique, ces définitions, auxquelles le lecteur pourra se référer tout au long de la lecture du présent rapport, permettent d’appréhender les termes utilisés dans les chapitres à venir. Les définitions suivies d’un astérisque sont extraites de la norme NF EN ISO 13943 intitulé « Sécurité au feu – Vocabulaire ». Allumage spontané, auto-inflammation* Allumage résultant d’une élévation de température sans l’apport d’une source extérieure d’allumage. Brûler* Etre en état de combustion. Chaleur de combustion* ou Potentiel calorifique Energie thermique dégagée par la combustion d’une unité de masse d’une substance donnée. Elle est exprimée en joules par kilogrammes (J/kg) Chaleur spécifique La chaleur spécifique, ou bien chaleur massique d’échauffement, d’un corps correspond à la quantité d’énergie absorbée par 1 kg de ce corps pour que sa température s’élève de 1 K. Cette grandeur s’exprime ainsi généralement en J/(kg.K) Combustible* Susceptible de brûler. Objet pouvant brûler. Combustion* Réaction exothermique d’une substance avec un comburant. La combustion émet généralement des effluents accompagnés de flammes et/ou d’incandescence. Conduction Mode de transmission de la chaleur à travers un corps solide en contact avec une source chaude. Le transport de chaleur s’effectue de proche en proche sans aucun transfert de matière. Convection La convection est le mode de transport de chaleur par le mouvement d’un fluide. Dans le cas de feux de nappe, la chaleur est transportée par le mouvement de l’air autour de la flamme, dont l’écoulement est perturbé par la présence même de l’incendie. Débit masse surfacique de combustion Quantité de combustible participant à l’incendie par unité de temps et de surface au sol mesurée dans des conditions d’essai spécifiées. Le débit masse surfacique de combustion s’exprime généralement en g/(m².s). -2 : FEUX INDUSTRIELS Réf. : DRA-14-141478-03176A Page 8 sur 47 Facteur de vue / de forme Le facteur de vue ou de forme traduit l’angle solide sous lequel la cible perçoit la source de rayonnement. Feu* Combustion autoentretenue dont l’extension dans le temps et l’espace est contrôlée. Lorsque cette extension ne peut être contrôlée, il convient alors de parler d’incendie. Flamme* Zone de combustion en phase gazeuse généralement avec émission de lumière. Flammes de diffusion / flammes de prémélange Des flammes de diffusion sont créées lorsque la combustion a lieu sans mélange préalable de l’air comburant et du combustible gazeux. Dans le cas contraire, il convient de parler de flammes de prémélange. Flux thermique radiatif Quantité de chaleur transférée par rayonnement thermique, par unité de temps. Elle s’exprime en kW. Incendie* Combustion autoentretenue uploads/Industriel/ referentiels-feux-industriels-1424683126-pdf.pdf