Evaluation du risque d'inflammation de gaz imbrûlés au cours d'un incendie en milieu sous-ventilé.

Evaluation of Unburnt Gases' Ignition Hazard During an Under-Ventilated Fire

• Auteur / Autrice : Etienne Mathis
• Direction : Thomas Rogaume, Franck Richard, Jean-Pierre Garo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 04/07/2016
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime- ENSMA
• Jury : Président / Présidente : Alexis Coppalle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Aine, Khaled Chetehouna
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sylvain Salvador, Paul-Antoine Santoni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Incendies -- Prévention

Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de

Pyrolyse

Polyéthylène

Ventilation

Combustion spontanée

Mots clés libres

Backdraft

Conditions critiques

Frank-Kamenetskii

Cône calorimètre à atmosphère contrôlée

Vitesse de perte de masse

Taux de production

Backdraft

Critical conditions

Frank-Kamenetskii

Controlled atmosphere cone calorimeter

Mass loss rate

Production rate

Résumé

Lors du déclenchement d’un incendie en milieu clos, la quantité d’oxygène du local décroît, entrainant une combustion incomplète. Des gaz chauds imbrûlés peuvent alors s’accumuler dans le local ou dans les gaines de ventilation et un accident thermique peut survenir suite à un apport d’air frais. Ce travail, réalisé pour AREVA, vise à quantifier et d’analyser ce risque, afin de pouvoir le prédire et le prévenir. Tout d’abord, une étude bibliographique a été réalisée afin de définir les paramètres d’auto-inflammation à partir du modèle de Frank-Kamenetskii. Celui-ci permet, après un bilan d’énergie, l’établissement d’un paramètre critique, δC, d’auto-inflammation du mélange. δC réunit la géométrie, la température (et la température ambiante) et la composition du mélange à l’auto-inflammation.Puis, la dégradation thermique du Polyéthylène Haute Densité en fonction de la densité surfacique de flux incident à la surface du matériau et de la sous-ventilation a été caractérisée (cinétique de dégradation, productions gazeuses). Le Cône Calorimètre à Atmosphère Contrôlée a été employé.Ce travail expérimental a permis d’obtenir plusieurs mélanges gazeux suivant les conditions. La dernière partie de l’étude a permis, à partir de δC, de poser le volume de mélange via le rayon comme critère d’auto-inflammabilité des mélanges. En imposant une température, en faisant varier la fraction volumique de chaque gaz combustible entre sa LII et LSI le risque d’accident thermique a été défini.

After the beginning of a fire in a closed room, the oxygen rate in the atmosphere decreases. This implies an incomplete combustion and unburnt gases production. These ones may accumulate in the room or in ventilation pipes, and, after mixing with fresh air, auto-ignite. This could trigger a thermal accident such as backdraft. This present work, conducted for AREVA, aims to analyse this hazard and provide some methods to predict and prevent it. First, a bibliographical research, was carried on to define a mixture’s auto-ignition parameters. This study was based on Frank-Kamenetskii’s model: after establishing the energetics balance between the heat produced by combustion, and the one consumed by conduction, an auto-ignition critical parameter, δC, was defined. It reunites the system’s geometry, temperature (or the room temperature) and composition.Then, the High Density Polythene degradation in a Controlled Atmosphere Cone Calorimeter was studied. The effect on the material’s degradation of under-ventilation and of the energy brought has been tested through the oxygen concentration in the atmosphere and the incident heat flux.During this work many different gas mixtures were analyzed. On the ground of δC formula, the final step was to set the volume, through the radius (characteristic size of the system), as an auto-ignition parameter. Making the concentration of each combustible varying between the LFL and UFL and imposing the temperature allowed to predict this hazard.