Stratification thermique et optique d'un environnement enfumé et interactions eau/fumée sous aspersion

par Romain Morlon

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Pascal Boulet et de Gilles Parent.

Le président du jury était Olivier Vauquelin.

Le jury était composé de Elisabeth Blanchard.

Les rapporteurs étaient Bernard Porterie, Thomas Rogaume.


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'étude des interactions eau/fumée dans un couloir, lors du déclenchement d'un système d'aspersion dans un environnement enfumé. Il s'attache à évaluer les effets thermiques et optiques induits par une pulvérisation d'eau par sprinkler et par brouillard d'eau sur une couche de fumée générée à partir d'un foyer type bac d'heptane. Une synthèse bibliographique permet de faire l'état des travaux concernant la recherche sur l'aspersion d'eau pour le contrôle du feu lors d'un incendie en bâtiment et sur les notions de stratification des fumées. Une étude expérimentale basée sur 50 essais en grandeur réelle est présentée, impliquant des mesures thermiques et optiques. Un système d'opacimétrie laser spécifique a notamment été développé, permettant de mesurer l'opacité des fumées et les effets des interactions eau/fumée sur l'opacité et la visibilité. La partie numérique s'appuie sur le code FDS version 6 (Fire Dynamics Simulator) pour la simulation des essais et sur un module spécifique consacré à l'évaluation de la visibilité en parallèle. Utilisant les valeur extraites de la simulation par FDS pour les concentrations en gouttes et en suie, ce code calcule les propriétés optiques du milieu absorbant-diffusant considéré, puis combine une méthode de Monte-Carlo et des techniques de PSF (Point Spread Function) et MTF (Modulation Transfer Function) pour évaluer l'intensité et le contraste d'images reconstruites. Les effets de déstratification thermique et optique sont comparés pour chaque technologie d'aspersion expérimentalement et numériquement.

  • Titre traduit

    Experimental and Numerical Study of Smoke/Mist Interactions Related to Heat Transfer and Optical Properties in a Corridor


  • Résumé

    This work was devoted to the study of water/smoke interactions in the case of water mist activation on a smoke layer. The aim was to investigate the effects observed on thermal and optical properties when injecting water particles using sprinkler or water mist devices through a smoke layer generated with an heptane pool fire. A first review was reported in order to highlight the researches devoted to water aspersion for firefighting and the smoke stratification phenomena. An experimental study based on 50 runs at real scale was presented, involving optical and thermal measurements. In particular, a laser opacimeter system was developed, which allowed measuring the smoke opacity and the effects of smoke/water interactions on opacity and visibility. Afterwards, a numerical study was conducted. On the one hand fire tests were simulated using the FDS 6th version (Fire Dynamics Simulator) and on the other hand a dedicated code allowed us to evaluate the visibility. The values of the soot and droplet concentrations were extracted from FDS and used into the code dedicated to visibility to calculate the optical properties of the corresponding absorbing-scattering environment. Those properties are then used in a Monte Carlo approach combined with PSF (Point Spread Function) and MTF (Modulation Transfer Function) methods to evaluate the intensity and the contrast of reconstructed images. The destratification effects based on thermal and optical criteria were compared experimentally and numerically for each technology.


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