Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 20131

Laboratoire CentralRésultats des mesures effectuées sur les caissons

Essais au SDIS 35

Essais au Fort de Villeneuve-Saint-Georges (94)

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• configurations testées

• résultats préliminaires

• exploitation des résultats

• variantes testées

• quelques chiffres clés

PlanPlanCaisson non-isolé

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• Essai 1 : calage chronologie, prise en main de l'essai20/09 vers 11h 00 • Essai 2 : premier essai de référence (répétabilité)20/09 vers 14 h 25• Essai 3 : second essai de référence (répétabilité)20/09 vers 16 h 15• Essai 4 : troisième essai de référence (répétabilité)20/09 vers 17 h 35 • Essai 5 : ouverture exutoire prolongée entre les deux phases21/09 vers 10 h 30• Essai 6 : battant latéral ouvert pendant tout l'essai21/09 vers 11 h 50

Configurations testéesConfigurations testéesCaisson non-isolé

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Configurations testées : Configurations testées : chronologiechronologie

ACTIONS TEMPSPhase d'observation Théorie matin après midi après midi après midi matin matinAlumage 0 0 0 0 0 0 0 0

Fermeture exutoire 2 min 2 min 2 min 1,36 min 1,36min 2 min 1,212,3

Fermeture porte arrière 2,35 min 4,25 min 2,05 min 1,50 min 1,50min 2,50min 4min4,38

ouverture exutoire 1,05 min 1 min 45 s 45 s 42 1min 5,25,32

fermeture exutoire 17 s 8 s 15 s 5 s 50s 5,496,2

ouverture porte arrière 5 s 36 s 2 s 5 s 5 s 50s 6,36,55

Sortie arrière des stagiaires 1,48 min 1,50 min 1,10 min 1,10 min 1,13 min 2min 7,37,53

Fermeture porte arrière 35 s 35 s 35 s 35 s 35 s 35s 8,21 1,10 min

ouverture porte latérale 25 s 10 s 0 s 0 s 0

Phase d'attaque Théorie 1 er 2 eme 3 eme 4 eme 5 eme 6 eme 7 eme

binôme

ouverture porte arrière 1,30 min 1,30 min 1 min 1 min 1 min 1min

(Test plafond )

fermeture porte arrière 25 s 25 s 25 s 25 s 25 s 25 s

impulsion 20 s 20 s 20 s 20 s 18 s 20 s

(ouverture exutoire)

(fermeture exutoire)

ouverture porte arrière 20 s 10 s 10 s 10 s 10 s 10 s

fermeture porte arrière 15 s 15 s 15 s 15 s 15 s findurée d'exercice 21 min orientation vent: direction ouest 280 °

Chronologie des actions de conduite du brûlage 20 septembre 2012

référence temps du 20 septembre 21-sept

Caisson non-isolé

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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé

Nécessité de simplifier l'analyse des données ...

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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé

Durée des essais entre 22 et 27 minutes6 rotations de stagiaires durant la phase d’engagementPorte arrière pratiquement toujours ferméeAmenée d’air par le battant inférieur de la porte latérale gaucheExutoire manœuvré uniquement pour évacuer la vapeur d’eau

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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé

Répétabilité : sur le démarrage du foyer

Lié à :-redémarrage à chaud- sens du vent- humidité- config. Foyer de démarrage

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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isoléRépétabilité

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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé

Vidéo : cliquez sur la zone verte

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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé

Caractérisation de la veine d'air & symétrie des mesures …

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Résultats préliminairesRésultats préliminairesCaisson non-isolé

À l’exception de l’angle mort à gauche en entrant

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Exploitation des mesures :Exploitation des mesures :Températures longitudinalesTempératures longitudinales

Caisson non-isolé

Thermocouples derrière l’écran de cantonnement

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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Températures longitudinalesTempératures longitudinales

Caisson non-isolé

Graphe partie basse

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Exploitation des mesures :Exploitation des mesures : Flux thermiquesFlux thermiques

Caisson non-isolé

Fluxmètre central enregistre les valeurs les plus importantes

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Exploitation des mesures :Exploitation des mesures :Températures à la porteTempératures à la porte

Caisson non-isolé

Plusieurs portes brûlées pendant les essais…

Malgré ces niveaux, test d’engagement depuis la porte concluant

MAIS les thermocouples en face des surfaces de fuite

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Exploitation des résultatsExploitation des résultatsCaisson non-isolé

Développement typique (phase d’observation)

Fermeture exutoire

Ouverture/Fermeture exutoire

Fermeture porte arrière

Ouverture/ fermeture porte arrière

Fermeture porte arrière

Fermeture ouvrant latéral

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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Description d'une séquence typeDescription d'une séquence type

Caisson non-isolé

Phase d'observation du foyer

Vidéo : cliquez sur l’image

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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Description d'une séquence typeDescription d'une séquence type

Caisson non-isolé

Phases d'engagement

Ouverture/fermeture porte arrière

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Exploitation des résultats :Exploitation des résultats :Phase d’engagementPhase d’engagement

Caisson non-isolé

Vidéo : cliquez sur l’image

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Exploitation des mesures :Écrans de cantonnement

2 écrans :- près du foyer (baissé seulement pour la phase d’observation)

- entre les arbres ED1 et ED2 (fixe, à ～ 1,50 m de la porte arrière)

Caisson non-isolé

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Exploitation des mesures : écran Exploitation des mesures : écran de cantonnement fixede cantonnement fixe

Caisson non-isolé

Confirmation de l’objectif de sécurité :forte diminution des températures et du flux

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Exploitation des mesures : Chute Exploitation des mesures : Chute des panneaux latérauxdes panneaux latéraux

Caisson non-isolé

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Caisson non-isolé

Variantes testées

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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : ouverture prolongée de l'exutoireouverture prolongée de l'exutoireESSAI 5ESSAI 5

Caisson non-isolé

Vidéo : cliquez sur l’image

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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : ouverture prolongée de l'exutoireouverture prolongée de l'exutoire

ESSAI 5ESSAI 5

Caisson non-isolé

Impact limité au niveau thermiqueDestruction du plafond de fumée

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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : Développement du foyer ouvrant Développement du foyer ouvrant latéral ouvertlatéral ouvert ESSAI 6ESSAI 6

Caisson non-isolé

Flux thermiques essai 3

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Temps (s)

Flu

x (

kW

/m²

)

FLT1 [kW/m²]

FLT2 [kW/m²]

FLT3 [KW/m²]

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Exploitation des mesures :ESSAI 6Exploitation des mesures :ESSAI 6Caisson non-isolé

Vidéo : cliquez sur l’image

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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : Développement du foyer ouvrant Développement du foyer ouvrant latéral ouvertlatéral ouvert ESSAI 6ESSAI 6

Caisson non-isolé

Vidéo : cliquez sur l’image

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Exploitation des mesures : Exploitation des mesures : Développement du foyer ouvrant Développement du foyer ouvrant latéral ouvert latéral ouvert ESSAI 6ESSAI 6

Caisson non-isolé

Cette configuration induit :Cette configuration induit :- les plus hautes les plus hautes températures et fluxtempératures et flux- une faible productionune faible production de fuméede fumée- un gain en visibilité un gain en visibilité négligeablenégligeable

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Quelques chiffres clés ...Quelques chiffres clés ...

essais en caisson non-isolé

6 brûlages réalisés Masse totale du foyer de démarrage : 58,6kg Masse totale du foyer cible : 190,3kg 70 thermocouples installés3 fluxmètres 2 sondes de PitotFlux thermique maximum mesuré : 30 kW/m2

Température maximale mesurée à 2,10 m : 850°CTempérature maximale mesurée à 0,90 m : 500°C

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Conclusions des essaisConclusions des essais

• meilleure caractérisation et quantification des effets dans le caisson• essai très majorant caisson poussé vers des niveaux très élevés• importance de la maîtrise de l’outils par les formateurs• pistes intéressantes concernant la surface caractéristique de l’amenée et l’influence de l’exutoire• validation de critères d’engagement

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ModélisationModélisation

Vidéo : cliquez sur l’image

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Essais réalisés en caisson isolé

Février 2013

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Historique et cadre d’intervention

Achat d’un caisson flashover par la BSPP,difficultés rencontrées lors de son utilisation,aide à la mise au point d’une séquence de

formation.

Objectifs de formation définis par la BSPP,évaluation des phénomènes physiques par le

LCPP,mesure des conditions thermiques par le LCPP,suggestions d’amélioration par le LCPP.

Accord cadre BSPP/LCPP.

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Problématique

En utilisant le foyer prescrit par le constructeur :• chaleur intense ressentie par les formateurs,• endommagement de materiel d’intervention,• objectifs pédagogiques partiellement atteints :

- lecture des fumées,

- observation d’un rollover.

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Présentation du caisson

BSPP

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Différences avec le caisson SDIS35

• Isolation

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Différences avec le caisson SDIS35

BSPP

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Différences avec le caisson SDIS35

• Isolation,• écrans de cantonnement

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Différences avec le caisson SDIS 35

Vers l’exutoireEcran

Zone de feu

BSPP

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Différences avec le caisson SDIS35

exutoireEcran

Ecran

SDIS 35

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Différences avec le caisson SDIS35

• Isolation,• écrans de cantonnement,• rideau de sécurité

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Différences avec le caisson SDIS35

Rideau

BSPP

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Différences avec le caisson SDIS35

• Isolation,• écrans de cantonnement,• rideau de sécurité,• porte latérale à unique battant

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Différences avec le caisson SDIS35

BSPP

SDIS 35

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Différences avec le caisson SDIS35

• Isolation, • écrans de cantonnement,• rideau de sécurité,• porte latérale à unique battant,• exutoire

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Différences avec le caisson SDIS35

ExutoireExutoire

BSPP

SDIS 35

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Différences avec le caisson SDIS35

• Isolation,• écrans de cantonnement,• rideau de sécurité,• porte latérale à unique battant,• exutoire,• foyer

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Différences avec le caisson SDIS35

BSPP

SDIS 35

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Différences avec le protocole du SDIS35

• Pas de chronologie figée mais à affiner,• utilisation de l’exutoire,• phase d’observation uniquement.

Points de mesure• position des fluxmètres,• position de l’arbre 3 et du dernier

thermocouple,• position des vidéos,• mesure de concentrations en O2, CO et CO2.

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Disposition des capteurs

ED1 ED2 ED3

BD (z=0,9 m)

HD(z=2,1 m)

Sur la hauteur :de 0,6 à 2,4 m, tous les 30 cm

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Essai de référence

Reproduit trois fois

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Configuration retenueDisposition du foyer

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Configuration retenueMasse de combustible et dimensions

• Foyer de démarrage – Masse moyenne ≈ 5 kg

papier + cagette

• Masse de bois = 52,7 kg

chevrons + plaques horizontales et verticales• Dimensions :

grande plaque = 1,25 x 1,5 m2

petite plaque = 0,5 x 1,25 m2

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Reproductibilité

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Reproductibilité

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Symétrie Gauche/Droite

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Essai de référence

• Essai dure environ 900 s ~ 15 min,• trois fermetures de la porte arrière,• correspondant à l’observation de trois roll-

overs,• pas de phase d’engagement,• uniquement des phases d’observation.

Vent dirigé de l’arrière vers l’avant du caisson

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Essai de référence

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Essai de référenceSéquence type

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Essai de référenceSéquence type

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201362

Essai de référenceSéquence type

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201363

Essai de référenceSéquence type

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201364

Essai de référenceSéquence type

sequence.wmv

Vidéo : cliquez sur le lien

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Essai de référence

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Variante d’essai

Demi-ouverture de la porte arrière

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201367

Variante d’essaiDemi-ouverture de la porte arrière

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201368

Variante d’essaiDemi-ouverture de la porte arrière

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201369

Effet du 1er écran de cantonnement

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201370

Écran de cantonnement

Il permet de créer un réservoir de gaz de pyrolyse/combustion.

Cependant :

• proche du rideau de protection,

• double cantonnement gène la lecture des fumées.

Réalisation d’un essai avec et sans

cantonnement.

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201371

Écran de cantonnement

Avec | Sans

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Disposition du foyer

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201374

Disposition du foyer

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201375

Disposition du foyer

Vidéo : cliquez sur l’image

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Disposition du foyer

collé

non-collé

collé

non-collé

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201377

Échauffement du caisson

En supposant que la solicitation thermique en rayonnement, convection et conduction est identique sur un élément surfacique du caisson, la part re-rayonnée s’exprime selon :

Un élément surfacique à une température de :- 100 °C re-rayonne 475 W/m2

- 200 °C re-rayonne 1 700 W/m2

- 300 °C re-rayonne 4 000 W/m2

44" TTq surfacerr

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201378

Échauffement du caisson

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201380

Quelques chiffres clés

Caisson non-isolé

• 6 brûlages réalisés

• masse totale du foyer de démarrage : 58,6 kg

• masse totale du foyer cible : 190,3 kg

• 70 thermocouples installés

• 3 fluxmètres

• 2 sondes de Pitoto Flux thermique max : 30kW/m2

o température max à 2,40 m : 850˚Co température max à 0,90 m : 500 ˚C

Caisson isolé

•10 brûlages réalisés

• masse totale du foyer de démarrage : 5 kg

• masse totale du foyer cible : 52,7 kg

• 80 thermocouples installés

• 2 fluxmètres

• 1 mesure O2, CO, CO2

oFlux thermique max : 21kW/m2

otempérature max à 2,40 m : 500 ˚Cotempérature max à 0,90 m : 285 ˚C

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201381

Conclusions

L’intrumentation a permis :

o d’aider à affiner la chronologie d’une séance de formation,

o d’associer une “réponse” quantifiée à une action

des formateurs ou une modification du foyer,

o de quantifier une partie des sollicitations thermiques

reçues par les formateurs et les stagiaires,

o de montrer la reproductibilité de l’essai.

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201382

Conclusions générales sur nos essais caisson

o pas de reproductibilité possible

sur le démarrage du foyer

o excellente reproductibilité sur la phase

d’engagement (ou d’observation des roll-over)

importance de la maîtrise par l’instructeur de la lecture des phénomènes

o réflexion à mener sur les surfaces

et dispositions de foyers

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201383

Conclusions générales sur nos essais caissono importance de la prise en compte des écrans

près du foyer, sur la phase de développement

près de la zone stagiaire, pendant l’engagement

o peu d’informations sur l’influence de la météoo optimisation possible de certains paramètres

par le biais de la modélisation numériqueo données utilisables dans le cadre de la rédaction

d’un GNR

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201384

Définition du besoin

• objectif pédagogique,• familiarisation des instructeurs avec le caisson,• isolation,• type de porte,• nombre et position des écrans de

cantonnement,• type et position des matériels de mesure,• type de foyer (épaisseur des plaques par ex.),• mode de fixation du combustible.

Caissons d’entrainement aux phénomènes thermiques - Colloque SDIS 35 – 12 mars 201385

Merci de votre attention

Contacts: Aurélien THIRY

Mathieu SUZANNE

aurelien.thiry@interieur.gouv.fr

mathieu.suzanne@interieur.gouv.fr