à‰tude numérique du feu généralisé avec sortie de flamme de diffusion en situation d'incendie.

Table des matières

Dédicace i

Remerciements ii

Table des matières viii

Liste des figures x

Liste des Tableaux xi

Nomenclature xii

Résumé xvi

Abstract xvii

Introduction générale 1

1 Synthèse bibliographique 4

1.1 Introduction 4

1.2 Approche phénoménologique du feu 5

1.2.1 Naissance du feu 5

1.2.2 Origines des incendies 6

1.2.3 Déroulement d'un incendie 6

1.2.3.1 Éclosion ou période de naissance 7

1.2.3.2 Croissance ou période d'ignition 7

1.2.3.3 Embrasement généralisé ou période de généralisation 7

1.2.3.4 Déclin ou extinction/refroidissement 8

1.2.4 Propagation d'un incendie 8

1.2.4.1 Conduction 8

1.2.4.2 Convection 9

1.2.4.3 Rayonnement 9

1.2.4.4 Le déplacement de matières imbrulées 10

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TABLE DES MATIÈRES

			v
		1.2.5 Paramètres caractéristiques de l'incendie	10
		1.2.6 Les effets de l'incendie	11
		1.2.7 Modèles analytiques des incendies	11
		1.2.7.1 Courbes température-temps conventionnelles normalisées . . .	12
		1.2.7.2 Courbe hydrocarbure majorée :	12
		1.2.7.3 Feu extérieur	13
	1.3	Modélisation des incendies	14
		1.3.1 Équation de continuité :	14
		1.3.2 Équation de quantité de mouvement :	15
		1.3.3 Équation d'énergie sous la forme enthalpie :	15
		1.3.4 Équation de conservation des espèces chimiques :	16
		1.3.5 Équation de la diffusion de la chaleur :	16
		1.3.6 Équation des gaz parfaits :	16
	1.4	Introduction à l'ingénierie de la sécurité incendie	16
	1.5	État des travaux antérieurs	18
		1.5.1 Directive à la sécurité incendie	18
		1.5.2 Le phénomène de combustion dans les flammes de diffusion	18
		1.5.3 Le taux de la chaleur dégagée (HRR :Heat Rate Release)	19
		1.5.4 Le taux de production de fumée (SPR : Smoke Production Rate) . . . .	21
		1.5.5 Production de suies (Soot production)	22
		1.5.6 Influence des paramètres thermiques et de mouvements	24
		1.5.7 Turbulence des écoulements	25
		1.5.8 Extinction du feu	26
		1.5.9 Codes numériques en sécurité incendie	27
	1.6	Conclusion	28
2	Matériel et Méthodes		29
	2.1	Introduction	29
	2.2	Matériel	30
		2.2.1 Présentation générale du matériel	30
		2.2.2 Configuration pour l'étude de la convection mixte	30
		2.2.3 Configuration pour l'étude de la production des suies	31

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TABLE DES MATIÈRES

			vi
2.3 2.4	Outil numérique: OpenFOAM Les modèles numériques de la turbulence 2.4.1 Simulation numérique directe (DNS) 2.4.2 Simulation par Reynolds moyenné : OF-ReactingFOAM 2.4.3 Simulation des Grandes Échelle (LES) : OF-FireFOAM		32 32 33 33 35
2.5	Les sous modèles de turbulence		36
	2.5.1	Modèle k-Epsilon	36
	2.5.2	Modèle k-équation du modèle de viscosité ou modèle de sous-maille . .	37
	2.5.3	Modèle k-oméga	38
2.6	Les modèles de combustion		39
	2.6.1	Modèle de fraction de mélange	39
	2.6.2	Modèle de chimie irréversible et infiniment rapide	40
2.7	Méthodes		41
	2.7.1	Méthode des éléments finis	41
	2.7.2	Méthode des différences finis	41
	2.7.3	Méthode des volumes finis	41
		2.7.3.1 Discrétisation du domaine	42
		2.7.3.2 Discrétisation des équations	43
		2.7.3.3 Terme de convection	46
		2.7.3.4 Terme de diffusion	47
		2.7.3.5 Termes sources	48
		2.7.3.6 Termes temporels ou instationnaires	48
2.8	Démarche de la simulation numérique		49
	2.8.1	Identification du système et ces mécanismes physiques	49
	2.8.2	Écriture des équations mathématiques modélisant les mécanismes . . .	50
	2.8.3	Choix du solveur	50
	2.8.4	Implentation du modèle des suies dans OpenFOAM	50
	2.8.5	Maillage du domaine	50
	2.8.6	Spécification des conditions aux limites	51
		2.8.6.1 Conditions aux limites du calcul de la convection mixte. . . .	51
		2.8.6.2 Conditions aux limites du calcul des suies	51
	2.8.7	Spécification des conditions initiales	52

TABLE DES MATIÈRES vii

Rédigé par: MBAINGUEBEM Arnaud Mémoire de fin d'études

2.8.8 Préparation du schéma numérique 52

2.8.9 Conditions de convergence 52

2.8.10 Préparation du pas de calcul 53

2.8.11 Démarrage du calcul 53

2.8.12 Exportation et exploitation du résultat de calcul 53

2.9 Conclusion 53

3 Résultats et discussion 54

3.1 Introduction 54

3.2 Présentation des résultats de différents cas d'étude 55

3.2.1 Maillages des domaines d'étude 55

3.2.1.1 Maillage du domaine de la convection mixte en 3D 55

3.2.1.2 Maillage du domaine de flamme de diffusion avec production

des suies 55

3.2.2 Étude de sensibilité 57

3.2.3 Résultats de convection mixte dans une chambre carrée 58

3.2.4 Résultats de flamme de diffusion avec production des suies en micro-

gravité 64
3.2.4.1 Résultats avant l'introduction des équations de transport des

suies dans le code source 64
3.2.4.2 Résultats après introduction des équations de transport des

suies dans le code source 71

3.3 Discussion 75

3.4 Conclusion 76

Conclusion générale et Perspectives 77

Bibliographie 79

A Les fichiers d'entrée I

A.1 Fichiers d'entrée de la production des suies I

A.1.1 Conditions initiales et aux limites de la vitesse I

A.1.2 Conditions de résolution et de convergence II

A.2 Fichiers d'entrée de la convection mixte IV

TABLE DES MATIÈRES viii

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A.2.1 Conditions initiales et aux limites de la vitesse IV

A.2.2 Conditions initiales et aux limites de la température V

A.2.3 Propriétés de transport VI

B Les programmes sources d'introduction des équations de transport des

suies VII

B.1 Le fichier d'entête createFields.H VII

B.2 Le fichier source programme XI

B.3 Le programme principal XII

B.4 Constantes du modèle des suies XIII

C Script de commande Gnuplot XIV

C.1 Ligne de commande pour la construction des courbes avec Gnuplot XIV