Désenfumage innovant des stations de métro

Innovative smoke removal system for metro stations

• Auteur / Autrice : Poeiti Dorado
• Direction : Olivier Vauquelin, Pierre Carlotti
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique et Physique des Fluides
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 04/07/2025
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IUSTI - INSTITUT UNIVERSITAIRE DES SYSTEMES THERMIQUES INDUSTRIELS
• Jury : Président / Présidente : Irina Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Vauquelin, Pierre Carlotti, Anne Thiry-muller, Eric Guillaume, Pietro Salizzoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Guillaume, Pietro Salizzoni

Mots clés

Mots clés libres

Station de métro

Désenfumage

Incendie

Ventilation mécanique

Portes palières

Écrans de cantonnement

Metro station

Smoke extraction

Fire

Mechanical ventilation

Platform screen doors

Smoke barriers

Résumé

L'expansion des réseaux de métro soulève des enjeux de sécurité incendie, particulièrement dans les infrastructures souterraines où la propagation des fumées représente un risque majeur pour les usagers et les services de secours. Cette thèse s'intéresse au comportement des fumées d'incendie dans un environnement équipé d'une ventilation mécanique. L'objectif consiste à établir une formulation mathématique permettant de calculer le débit volumique nécessaire à imposer en partie quai pour garantir le confinement des fumées, évitant ainsi leur remontée par les cheminements d'évacuation empruntés par les usagers et les services de secours. Un modèle bi-couche et un modèle réacteur bien mélangé ont été établis pour le cas spécifique des quais équipés de portes palières intégrales. Ces modèles prédisent, à l'état stationnaire, la température à l'intérieur du local ainsi que le débit d'extraction nécessaire au confinement en fonction de la puissance convective du foyer et de paramètres géométriques. Ces modèles analytiques ont été confrontés à un volume simple testé expérimentalement sur une maquette à échelle réduite en air-hélium pour rester dans le cadre général non-Boussinesq. La confrontation des modèles a été étendue à des configurations de quais plus réalistes pour lesquelles les scénarios de feu et de désenfumage mécanique ont été simulés à l'aide du code de calcul Fire Dynamics Simulator. Le modèle bi-couche, en bonne adéquation avec les résultats expérimentaux de la configuration académique, montre ses limites dès que des géométries plus complexes sont étudiées. Pour ces géométries plus complexes, le modèle réacteur semble être un outil de prédimensionnement mieux adapté. Alors que l'ensemble des travaux sur le débit de confinement concernait exclusivement des quais équipés de portes palières intégrales isolant le quai du tunnel, la recherche s'est finalement intéressée à l'influence des différentes typologies de portes sur les systèmes de désenfumage. Cette dernière phase a permis de synthétiser diverses recommandations techniques pour la conception des systèmes de désenfumage des stations de métro souterraines.

The expansion of metro networks raises significant fire safety concerns, particularly in underground infrastructures where smoke propagation represents a major risk for both users and emergency services. This thesis repport examines the behaviour of fire smoke in environments equipped with mechanical ventilation. The objective is to establish a mathematical formulation for calculating the volumetric flow rate necessary in platform areas to ensure smoke containment, thereby preventing smoke from rising through evacuation routes used by passengers and emergency services. A two-layer model and a well-mixed reactor model have been established specifically for platforms equipped with full-height platform screen doors. These models predict, at steady state, the temperature inside the enclosed space as well as the extraction flow rate required for containment, based on the convective power of the fire source and geometric parameters. These analytical models were tested against a simple volume experimentally examined using a reduced-scale model with air-helium mixture to remain within the general non-Boussinesq framework. The comparison of models was extended to more realistic platform configurations for which fire scenarios and mechanical smoke extraction were simulated using the Fire Dynamics Simulator computational code. The two-layer model, which showed good agreement with experimental results in the academic configuration, demonstrates limitations when applied to more complex geometries, for which the reactor model appears to be a more suitable pre-dimensioning tool. While all previous work on containment flow rates exclusively concerned platforms equipped with full-height platform screen doors isolating the platform from the tunnel, this research ultimately examined the influence of different door typologies on smoke extraction systems. This final phase synthesised various technical recommendations for designing smoke extraction systems in underground metro stations.