LAVAL (53) RAPPORT DE MODELISATION D'INCENDIE CALCUL DE ... · Le maillage permet au logiciel...

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LAVAL (53)

RAPPORT DE MODELISATION

D'INCENDIE

CALCUL DE FLUX THERMIQUES

Octobre 2015

IMAYE GRAPHIC 96 boulevard Henri Becquerel 53 021 LAVAL Cedex 9

Modélisation de flux thermiques

IMAYE GRAPHIC - ECE - 2015 2

SOMMAIRE

1. Objet de l'étude................................... .............................................................3

2. Présentation du scénario étudié .................... ................................................3

3. Modélisation des flux thermiques................... ...............................................4

3.1 Méthode de calcul utilisée ......................... ..................................................4

3.2 Simulation d'incendie.............................. .....................................................5

3.2.1 Données prises en compte .......................................................................5 3.2.2 Résultats...................................................................................................8

4. Conclusion ......................................... ............................................................11

ANNEXE 1................................................................................................................12

ANNEXE 2................................................................................................................15

ETUDES - CONSEIL - ENVIRONNEMENT 23, rue Notre Dame – 35 600 REDON � 02 99 72 17 31 Rédacteur de l'étude : J.GUYONNET, Chargé d'études



1. Objet de l'étude La société IMAYE GRAPHIC exploite un site d'impression de documents sur support papier, implanté à LAVAL. Cette activité nécessite le stockage de bobines de papier en quantité importante. IMAYE GRAPHIC a sollicité ETUDES • CONSEIL • ENVIRONNEMENT pour réaliser une quantification du risque en cas d'incendie du dépôt de papier. Cette modélisation a pour objectif d'évaluer les impacts sur les tiers et les structures en cas d'incendie au niveau de ces dépôts. Les valeurs de référence considérée dans l’étude sont définies par l’arrêté ministériel du 29 septembre 2005 ①. Les effets radiatifs des flux thermiques sont précisés dans le tableau ci-dessous :

VALEURS DE REFERENCE – Arrêté du 29 / 09 / 2005

3 kW/m² (Z2)

Seuil des effets irréversibles correspondant à la zone des dangers significatifs pour la vie humaine (exposition de 30 secondes).

5 kW/m² (Z1)

Seuil des premiers effets létaux correspondant à la zone des dangers graves pour la vie humaine (exposition de 60 secondes) / seuil des destructions de vitres significatives.

8 kW/m² (Z0)

Seuil des effets létaux significatifs correspondant à la zone des dangers très graves pour la vie humaine / seuil des effets domino, correspondant au seuil de dégâts graves sur les structures.

2. Présentation du scénario étudié

Le scénario visé par la présente modélisation concerne un incendie simultané du stock de bobines de papier et des produits en attente d'expé dition . L'implantation des ilots de stockage et la hauteur moyenne des dépôts ont été fournis par IMAYE GRAPHIC . L'objectif principal de cette modélisation est de définir les effets thermiques potentiels à l'extérieur de l'établissement en cas d'incendie généralisé du hall bobines.

① Arrêté relatif à l’évaluation et à la prise en compte de la probabilité d’occurrence, de la cinétique, de l’intensité des effets et de la gravité des conséquences des accidents potentiels dans les études de dangers des installations classées soumises à autorisation



3. Modélisation des flux thermiques

3.1 Méthode de calcul utilisée

La simulation des flux thermiques rayonnés a été réalisée à partir du logiciel tridimensionnel de modélisation d'incendies FLUIDYN PANFIRE, développé par la société TRANSOFT INTERNATIONAL (voir descriptif en Annexe). Ce logiciel, reconnu par le Ministère chargé de l'Environnement, est utilisé pour les incendies de stockage de produits solides ou de nappes de liquides et présente les particularités suivantes :

• prise en compte des obstacles et murs coupe-feu,

• modélisation d'incendies à l'état stationnaire du maximum d'intensité,

• maillage automatique,

• calcul et représentation des flux thermiques issus des incendies. Visualisation des effets dominos.

Le code de calcul est basé sur le modèle de la flamme solide recommandé par l'INERIS où la flamme est assimilée à un volume opaque de géométrie simple dont les surfaces rayonnent uniformément. Ce modèle intègre également un facteur de vue entre l'élément extérieur et la flamme, ce facteur caractérisant la vision d'un plan vertical de flamme par rapport à une cible. Les données prises en compte sont :

• la géométrie de la flamme qui intervient dans le calcul du facteur de vue. Ce facteur traduit en définitive l'angle solide sous lequel la cible perçoit la flamme,

• le pouvoir émissif de la flamme, puissance rayonnée par unité de surface de la flamme,

• le coefficient d'atténuation atmosphérique, c'est à dire la fraction du rayonnement absorbée par l'atmosphère.

Le maillage permet au logiciel d’effectuer le calcul sur des sous ensembles de l’espace d’étude (appelés cellules) en tenant compte des cellules adjacentes (calcul de proche en proche). Un maillage resserré selon les axes X et Y a été rajouté au niveau des murs coupe-feu afin d’augmenter la représentativité des résultats. Les résultats sont représentés pour un plan (X-Y) à des hauteurs définies. Les résultats seront visualisés à 1,7 mètres de hauteur correspondant à la taille d’un homme au niveau du sol.



3.2 Simulation d'incendie

3.2.1 Données prises en compte Ce scénario considère un incendie généralisé et simultané du stock de bobine s de papier et des produits en attente d'expédition , en prenant en compte la capacité maximale de stockage (soit un volume modélisé d'environ 9 000 m3). Les caractéristiques des sources modélisées (papier compacté) sont les suivantes :

� Vitesse de combustion : m’’= 0,014 kg/m²/s � Emissivité : ∅0 = 25 000 W/m2

Le site est bordé en limite Sud par un merlon de terre d'une hauteur moyenne de 5 mètres. Ce merlon a été considéré comme offrant un écran à la propagation du feu similaire à un mur coupe-feu de degré 2 heures. Il n'y a pas d'autre mur coupe-feu au niveau de la zone de stockage (parois du bâtiment en structure métallique). Le plan suivant localise les sources prises en compte (emprises maximales des ilots de stockage), correspondant au stock de matières premières (hauteur maximale de stockage de 7 m) et aux encours de production (hauteur d'environ 1 m).



Limites de propriété

Talus (hauteur = 5 m)



Les hypothèses de calcul prises en compte pour la modélisation sont présentées dans le tableau suivant. Etant donné le nombre important de sources modélisées, le détail des calculs n'est présenté que pour deux types de sources (stock bobines et encours de production). Les calculs réalisés pour chacune des sources sont présentés en annexe.

Paramètres de calcul Source N°1 (stock bobines)

Source N°14 (attente

d'expédition)

Surface de la source

Dimensions (L = longueur, W = largeur)

Af = L x W 29 x 11 = 319 m2 30 x 11 = 330 m2

Hauteur de stockage Hauteur de stockage 7 m 1 m

Volume en feu Volume global de la source 2 233 m3 330 m3

Taux de combustion (m")

Taux de combustion retenu 0,014 kg/m2/s

si L/W > 2 Deq = W 11 m 11 m Diamètre

équivalent, Deq

Méthode INERIS dans le cas de feu

de nappe rectangulaire si L/W ≤ 2

Deq = 2 . Af / (L + W) --- ---

Hauteur de flamme Hf

Formule de THOMAS

Hf (m) = h + (42 . D . [ m'' / ( ρa (g . D)0.5] 0.61)

avec m'' = taux de combustion en kg/m².s g = accélération de la pesanteur en m²/s (9,81) ρa = densité de l'air en kg/m3 (1,2) h = hauteur de stockage

14 m 8 m

Flux initial ∅0 Valeur considérée pour ce type de produit 25 000 W/m2

Murs coupe-feu Merlon en limite Sud (h = 5 m)

Remarque : le logiciel ne peut prendre en compte :

� que des sources de formes carrées ou rectangulaires (angles droits). Les sources présentant des formes spécifiques ont été rapportées à une forme rectangulaire de surface équivalente. � que des sources sur 2 axes perpendiculaires X et Y. L'une des sources étant en "biais" par rapport aux autres, elle a été scindée en un ensemble de sources accolées (en intégrant la même hauteur de flamme que s'il s'agissait d'une source unique).



3.2.2 Résultats Les résultats sont calculés pour une hauteur d'homme. Dans le cas présent, les résultats sont donnés :

• à 1,7 m (hauteur d'homme au niveau du site IMAYE GRAPHIC ), • à 6,7 m (hauteur d'homme au niveau du site riverain au Sud, en haut du talus).

Le tableau ci-dessous précise les distances maximales atteintes par les flux à partir du bord des sources modélisées.

Zone Z0 (en m) Seuil de 8 kW/m²

Zone Z1 (en m) Seuil de 5 kW/m²

Zone Z2 (en m) Seuil de 3 kW/m² Axe de la cible

1,7 m 6,7 m 1,7 m 6,7 m 1,7 m 6,7 m

Axe Nord 10 11 17 18 30 30

Axe Est 8 9 15 17 23 24

Axe Sud 4 8 5 12 7 17

Axe Ouest 7 7 11 17 16 24

Les périmètres des zones de dangers sont reportés sur les plans joints. La synthèse des effets prévisibles pour ce scénario est présentée dans le tableau suivant.

Effets sur l'homme (Z2 – 3 kW/m 2)

A une hauteur de 1,7 m, tous les flux thermiques sont contenus à l'intérieur des limites de propriété.

A une hauteur de 6,7 m (soit une hauteur d'homme en haut de talus), seul le flux de 3 kW/m2 dépasse d'environ 3 m des limites de propriété. La zone concernée correspond à des espaces verts et n'accueille aucun tiers ni installation.

Effets sur les structures

(Z1 – 5 kW/m 2)

Le bâtiment étant constitué d'une structure métallique, un tel incendie entraînerait une destruction rapide du hall bobines ainsi que des installations de production.

Remarque : à hauteur de 6,7 m, la visualisation graphique indique un très léger dépassement de moins de 1 m des limites de propriété du flux de 5 kW/m2. Ce "pic" de dépassement semble toutefois lié à une incohérence de calcul du logiciel (voir visualisation). Ce dépassement, affectant moins de 1 m2 d'espaces verts, n'est pas retenu dans la suite de cette étude.

Propagation du sinistre

(Z0 – 8 kW/m 2)

La propagation du sinistre par rayonnement est à considérer dans un rayon de 5 à 10 m par rapport aux sources en feu.

Selon le scénario modélisé :

• seul le flux thermique de 3 kW/m2 dépasse légèrement des limites de propriété (environ 3 m d'espaces verts concernés, en haut de talus).

• aucune installation riveraine ne serait affectée en cas d'incendie. • une destruction rapide de la structure de la zone de stockage est prévisible.



IMAYE GRAPHIC – Résultats de la modélisation de flu x thermiques Résultats à une hauteur de 1,7 m par rapport au sol du site

Vue des flux de 3, 5 et 8 kW/m 2

3 kW/m2

8 kW/m2

5 kW/m2


Talus considéré comme coupe-feu



IMAYE GRAPHIC – Résultats de la modélisation de flu x thermiques Résultats à une hauteur de 6,7 m par rapport au sit e (hauteur d'homme en haut du talus)

Vue des flux de 3, 5 et 8 kW/m 2

3 kW/m2

8 kW/m2

5 kW/m2




4. Conclusion La modélisation a porté sur un scénario d'incendie généralisé et simultané du stock de bobines de papier et des produits en attente d'expédition, en considérant les capacités maximales de stockage. Selon les calculs réalisés, seul de flux de 3 kW/m2 dépasse légèrement des limites de propriété (environ 3 m d'espaces verts concernés), en haut de talus, soit à une hauteur d'environ 6,5 m par rapport au site IMAYE GRAPHIC . A une hauteur d'homme au niveau de l'établissement, aucun des flux thermiques calculés ne dépasse des limites de propriété. Les effets d'un tel incendie affecteraient significativement le bâtiment et les installations de production, mais ils resteraient confinés à l'intérieur des limites du site. Selon le scénario modélisé, un tel incendie ne serait pas à l'origine d'effets significatifs à l'extérieur du site (risque d'effets dominos écarté, pas d'impact envers les installations riveraines).



ANNEXE 1

Présentation du logiciel de calcul des flux thermiques



ANNEXE 2

Calcul des hauteurs de flammes



1 2 3 4 5 6 7

Largeur (m) 11 7 8 9 8 6 4 Longueur (m) 29 23 16 10 10 15 12

Hauteur de stockage (m) 7 7 7 7 7 7 7

volume 2233 1127 896 630 560 630 336

Taux de combustion (kg/m².s)

0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014

Aire en feu (m²) 319 161 128 90 80 90 48 Deq (m) 11,00 Deq = Largeur 7,00 Deq = Largeur 10,67 Deq = 2 * Af/(L+l) 9,47 Deq = 2 * Af/(L+l) 8,89 Deq = 2 * Af/(L+l) 6,00 Deq = Largeur 4,00 Deq = Largeur

Hauteur de flamme (m) 7,33 5,36 7,18 6,61 6,33 4,81 3,63

Hauteur de flamme réelle (m)

14,33 12,36 14,18 13,61 13,33 11,81 10,63

8 9 10 11 12 13 15 Largeur (m) 3 6 5 6 9 1 1,2

Longueur (m) 5 12 9 9 9 15 55

Hauteur de stockage (m) 7 7 7 7 7 1 7

volume 105 504 315 378 567 15 462

Taux de combustion (kg/m².s)

0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014

Aire en feu (m²) 15 72 45 54 81 15 66

Deq (m) 3,75 Deq = 2 * Af/(L+l) 8,00 Deq = 2 * Af/(L+l) 6,43 Deq = 2 * Af/(L+l) 1,20 Deq = Largeur 9,00 Deq = 2 * Af/(L+l) 1,00 Deq = Largeur 1,2 Deq = Largeur

Hauteur de flamme (m) 3,47 5,88 5,05 5,46 6,38 1,39 1,57

Hauteur de flamme réelle (m)

10,47 12,88 12,05 12,46 13,38 2,39 8,33

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