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

Introduction générale

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FIGURE 1 - Les flammes : aspects visibles de la combustion

Depuis la haute antiquité, le feu fait partie de l'expérience quotidienne de l'Homme dans toutes ses activités après sa domestication, capacité à le conserver puis à le recréer à volonté, a permis de nombreux progrès (cuisson de la nourriture, chauffage durant les périodes froides, éclairage la nuit, durcissement des outils, métallurgie et transformations des matières et puissance motrice dans les machines à vapeur puis les moteurs thermiques). Mais une fausse manipulation ou la non maîtrise des causes d'initiation du feu peut conduire à une situation inattendue qu'on appelle incendie.

La lumière sur le feu était partie d'une réflexion philosophique de Descartes, au XVIIième siècle, qui disait du feu qu'il était «un phénomène provoqué par le mouvement de la matière subtile» et abordant dans le même ordre d'idée, G. Stahl, au XVIII^ième siècle, avait initié la théorie du phlogistique : pour bruler dans l'air, une substance doit contenir un composé, le phlogiston. De nombreux chercheurs ont étudié à cette époque le « phlogiston » fluide destiné à expliquer la combustion et les notables sont les travaux de Joachim Becher à qui

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a été attribué la découverte de l'éthylène et d'Antoine Laurent de Lavoisier qui découvrit notamment le rôle de l'oxygène dans la nouvelle science appelée combustion [2].

Le feu (du latin focus, le foyer : endroit où brûle le feu) est la production d'une flamme et la dégradation visible d'un corps par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion [3]. Cette dernière nécessite la réunion des trois facteurs : deux composés chimiques (un combustible et un comburant) et une source d'énergie (énergie d'activation) que l'on appelle le triangle du feu. Elle se manifeste avec ou sans flamme.

Un feu généralisé est un feu qui occupe tout le local où il brule dont plusieurs phénomènes physiques apparaissent : augmentation de la température, dégagement intense de la chaleur, production des fumées, perte de visibilité et projection des imbrulés[4].

La flamme est donc un milieu d'espèces qui peuvent être solides, liquides mais généralement gazeuses en cours de réaction chimique [5] où se produisent des phénomènes de diffusion d'espèces chimiques, ainsi que des émissions lumineuses. Selon le niveau de rencontre entre combustible et le comburant, on peut distinguer deux types de flammes, à savoir la flamme de pré-mélange ou le combustible et le comburant se mélange au niveau lointain avant d'en arriver dans la zone de réaction et celle de diffusion ou le combustible et le comburant se rencontre directement dans la zone de réaction puis s'enflamment sous l'effet de l'énergie d'activation [6].

L'autre confrontation concernant les flammes consiste en la distinction fondamentale entre flammes laminaires et celles turbulentes. Le phénomène de turbulence apparaît lorsque la source d'énergie cinétique qui met le fluide en mouvement est relativement grande devant les forces de viscosité qu'il oppose à son déplacement. L'inverse de cette situation est le régime laminaire pour lequel l'écoulement est « régulier » et prévisible [7].

L'incendie est donc un feu qui se développe sans contrôle dans le temps et dans l'espace en se manifestant plus généralement par des comportements turbulents à gravité terrestre [8]. Cette turbulence rend le phénomène de feu en générale très complexe.

En effet, il est grandement admis que l'étude de la combustion et plus précisément celle du feu en incendie, présente des enjeux considérables dans tous les secteurs (économie, sécurité, environnement, santé, etc). Par ailleurs, les incendies se payent en coûts humains, sociaux, économiques qui, dans la plupart des cas constatés dans le monde, sont insupportables. Ils sont tellement dramatiques, qu'il apparaît particulièrement important de connaître les caractéristiques de la propagation de la flamme afin de limiter les risques et de prévoir les

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moyens de détection et de lutte adéquats.

Les principaux facteurs de risques provoqués par un incendie sont les fumées (gaz toxiques, suies et chaleur) et le rayonnement thermique dissipé pouvant être source d'inflammation ou d'agression [9]. Afin de quantifier ces risques, la connaissance globale de la physique de l'incendie est recherchée. Cela concerne les processus de combustion, d'inflammation, la pyrolyse, le comportement des matériaux, le panache thermique, les suies, la propagation des fumées... [10].

Dans cette optique qui prend en compte toutes ces remarques que l'objet central de ce mémoire a été focalisé sur le thème « Étude numérique du feu généralisé avec sortie de flamme de diffusion en situation d'incendie » pour apporter une contribution à la résolution de ces problèmes. Tout d'abord, une modélisation de la simulation numérique du feu généralisé sera envisagée et en second lieu la propagation d'une flamme de diffusion représentative d'incendie prenant en compte l'effet de flottabilité des particules suies portera notre attention.

Plus en détail, ce travail sera mené selon le fractionnement suivant qui débutera :

· en premier par une synthèse bibliographique dans laquelle nous présenterons l'approche phénoménologique du feu (origines, développement, propagation et les équations mathématiques qui permettront de prédire son comportement), une introduction à la sécurité incendie (but et objectifs) et un état des travaux effectués sur les phénomènes physiques qui apparaissent lors d'un embrasement généralisé;

· en deuxième par la présentation du matériel utilisé, la description de l'outil numérique, les différents modèles et les méthodes de résolution;

· en troisième position par une présentation des résultats des calculs et leurs discussions sera faite à ce sujet;

· en fin une conclusion générale et les perspectives terminerons cette étude.