Etudes numérique et expérimentale des phénomènes de propagation d'un incendie le long d'une façade

Numerical and Experimental Studies of Fire Propagation Phenomena Along a Facade

• Auteur / Autrice : Mathieu Duny
• Direction : Hui Ying Wang, Jean-Pierre Garo, Dhionis Dhima
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 23/11/2016
• 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 : Entreprise : Centre scientifique et technique du bâtiment (1953-... ; France)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime- ENSMA
• Jury : Président / Présidente : Laurence Pirault-Roy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis Coppalle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Morvan, Hugues Prétrel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Incendies -- Prévention

Simulation par ordinateur

Coupe-feu

Façades

Flamme

Ventilation

Mots clés libres

Feu de compartiment

Compartment fire

Résumé

Pour des raisons d'économie d'énergie, les façades des bâtiments deviennent de plus en plus sophistiquées à la fois par leurs configurations et leurs compositions. Mais la quantité de combustible de ces nouvelles façades est bien supérieure à celle des façades traditionnelles. Par conséquent, le risque de propagation du feu via la façade est plus important. Ainsi, l'objectif de ce travail est de modéliser le développement du feu à l'intérieur et à l'extérieur d'un bâtiment en prenant en compte différentes configurations et compositions de façade. Cette recherche expérimentale et numérique a permis d'identifier les paramètres qui augmentent ou diminuent le risque de propagation du feu via une façade. Dans un premier temps, après avoir vérifié la capacité du code de calcul à modéliser les flammes pariétales, une étude numérique qui étudie l’influence de la géométrie d’une façade sur la propagation du feu via la façade a été réalisée. En effet, les différents phénomènes liés aux dimensions des ouvertures et/ou à la configuration de la façade ont été identifiés. Il a donc été possible d’analyser leur influence sur le risque de propagation du feu en façade à travers des grandeurs telles que la puissance libérée à l’extérieur du bâtiment ou encore la hauteur de flamme et les actions thermiques engendrées. Parmi les configurations étudiées figurent des géométries plus ou moins complexes pouvant être rencontrées sur les bâtiments. Par exemple, les ouvertures multiples ou encore des configurations en « U » afin d’étudier l’influence de l’effet cheminée sur l’extension des flammes. En effet, ce type de configurations a déjà été la cause d’une propagation rapide d'incendies via des façades quelles que soient leurs compositions. Par la suite, une étude expérimentale sur la propagation du feu sur une paroi combustible a été réalisée avec deux objectifs. Tout d’abord afin d’étudier les phénomènes de propagation sur une façade combustible (température de flamme, hauteur de propagation, contribution énergétique de la façade), mais également pour récolter des données expérimentales permettant la validation de modèles de propagation et les simulations numériques dans cette situation. Dans un deuxième temps, une nouvelle campagne expérimentale a permis d’étudier l’influence de la présence d’une lame d’air de ventilation entre le bardage et le mur sur la propagation du feu. Cette dernière configuration est largement utilisée dans la construction des façades comportant généralement une couche d’isolation dans la lame d’air. Cette recherche, à la fois académique et applicative, a permis de fournir des informations originales sur le développement et le comportement du feu le long d’une façade, qu’elle soit combustible ou non. Les résultats numériques présentés mettent en évidence les différents paramètres gouvernant le développement d’un feu le long d’une façade, ce qui facilite la compréhension des phénomènes liés à cette problématique. De plus, les différents essais réalisés pourront servir de base de données à la modélisation de la propagation d’un incendie le long d’une paroi combustible, ainsi qu’à la mise au point des modèles de développement et de propagation.

In order to enhance the energy efficiency of buildings, the facades are becoming more sophisticated in both their configurations and compositions. However, the amount of fuel of these new facades is much higher than that of traditional facades. Therefore, the risk of fire spread through the facade is more important. Thus, the objective of this work is to model the fire development inside and outside of a building, taking into account different configurations and facade compositions. This experimental and numerical research has identified the parameters that increase or decrease the risk of fire spread via the façade. First, after verifying the capacity of the FDS code to model the parietal flames, a numerical study that examines the influence of the geometry of a facade fire spread was completed. Indeed, the various phenomena related to openings dimensions and / or configurations of the façade have been identified. It was therefore possible to analyze their influence on the risk of fire spread along the façade using quantities such as the heat released outside the building, the flame height and thermal actions (temperature, fluxes). Among the configurations studied are contained more or less complex geometries that can be encountered on the buildings. For example, multiple openings or "U" configurations were investigated in order to study the influence of the chimney effect on the extension of flames. Indeed, this type of configuration has already been the cause of the rapid spread fire through walls regardless of their compositions. Subsequently, an experimental study on fire spread along a combustible wall was realized with two goals. First, a series of tests was performed in order to observe propagation phenomena on a combustible façade and to collect experimental data to validate propagation models and numerical simulations in this situation. Secondly, another experimental campaign was used to study the influence of the presence of a ventilation air gap between the cladding and the wall on the spread of fire. This latter is widely used in the construction of facades. This research, both academic and applicative, has provided new information on the fire development and fire behavior along a façade, combustible or not. The numerical results demonstrate the various parameters governing the development of a fire along a façade, which facilitates the understanding of phenomena related to this issue. In addition, various tests can be used as a database for the modeling of fire spread along a combustible wall. Thus, this work contributes to the development of models of fire development and spread on buildings via the façade.