Etude par similitude de l'influence du vent sur les transferts de masse dans les bâtiments complexes

par Nicolas Le Roux

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Christian Inard.

Soutenue le 05-12-2011

à La Rochelle , dans le cadre de Sciences pour l'Environnement Gay-Lussac .

Le président du jury était Francis Allard.

Le jury était composé de Christian Inard, Francis Allard, Fariborz Haghighat, Olivier Vauquelin, Xavier Faure, Jean-Raymond Fontaine, Sandrine Soares.

Les rapporteurs étaient Fariborz Haghighat, Olivier Vauquelin.


  • Résumé

    Les bâtiments résidentiels et industriels munis d'un réseau de ventilation constituent des installations complexes, susceptibles d'être le siège de transferts de masse et d'énergie variés, selon les situations de fonctionnement. Afin d'étudier ces transferts de masse, une méthodologie permettant d'établir des expérimentations à échelle réduite pour l'étude des écoulements isothermes, en régime permanent ou transitoire, a été développée. Cette méthodologie a été validée numériquement et expérimentalement sur des configurations simples, puis appliquée à deux configurations de référence, représentatives de celles rencontrées dans le domaine nucléaire.L'influence du vent sur les transferts de masse au sein de ces configurations, en situation de fonctionnement normale, dégradée (arrêt de la ventilation) ou accidentelle (surpression interne), a été étudiée dans la soufflerie climatique Jules Verne du CSTB. Les effets du vent, couplés ou non à une surpression interne, peuvent alors entraîner une perte partielle ou globale du confinement des polluants au sein des installations. De plus, la turbulence du vent peut induire des inversions instantanées des débits de fuite, qui ne sont pas identifiées en régime permanent. Par ailleurs, l'analyse de sollicitations transitoires montre la faible influence de l’inertie des branches sur les écoulements transitoires, pour des grandeurs caractéristiques d'une installation réelle. Enfin, des essais de traçage gazeux ont été réalisés afin d’étudier la dispersion d’un polluant au sein d’une configuration de référence soumise aux effets couplés du vent, de la ventilation mécanique et d'une surpression interne.La robustesse du code à zones SYLVIA, utilisé notamment pour appuyer les évaluations de sûreté des installations nucléaires, a été analysée à partir de ces résultats expérimentaux. La prise en compte des phénomènes physiques observés expérimentalement a été validée, en régimes permanent et transitoire. Toutefois, quelques limitations ont été identifiées pour l'étude de la dispersion d'un scalaire passif, du fait des hypothèses utilisées dans le code SYLVIA, comme dans tout code à zones (concentration homogène dans les locaux, propagation instantanée dans les branches et dans les locaux).

  • Titre traduit

    Study by similarity of wind influence on mass transfers in complex buildings


  • Résumé

    Residential and industrial buildings equipped with a ventilation system are complex facilities, where various heat and mass transfers could occur according to the operating conditions. In order to study these mass transfers, a methodology has been developed so as to carry out reduced-scale experiments for the study of isothermal flows, in steady or transient state. This methodology has been numerically and experimentally validated on simple configurations, and then applied to two standard configurations, representing nuclear facilities.The wind influence on mass transfers inside these configurations, in normal, damaged (stopping ventilation) or accidental (internal overpressure) situations, has been studied in the Jules Verne climatic wind tunnel of the CSTB. The wind effects, coupled or not with an internal overpressure, can lead to a partial or a total loss of the pollutant's containment inside buildings. Moreover, the wind turbulence can bring about instantaneous reversal leakage flowrates, which cannot be identified in steady state. In addition, the study of transient phenomena has highlighted the low influence of the branch inertia on transient flows, for typical values of real facilities. Finally, tracer tests have been carried out in order to study the pollutant dispersion inside a standard configuration subjected to wind, mechanical ventilation and internal overpressure effects.The reliability of the zonal code SYLVIA, used notably to support safety assessment in nuclear buildings, has been analyzed from these experimental results. The modelling of the physical phenomena experimentally observed has been validated, in steady and transient states. However, limitations have been identified for the study of pollutant dispersion, due to hypothesis used in SYLVIA code, as in all zonal codes (homogenous concentration inside rooms, instantaneous propagation inside branches and rooms).


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