MASTERE SPECIALISE
TUNNELS et OUVRAGES SOUTERRAINSDe la conception à l’exploitation
Module 5. Équipements et sécurité en phase d’exploitation
Jean-Claude MARTIN – (CETU)
Bloc 2. Les principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire et désenfumage
Jean Claude MARTIN (Chargé de mission - CETU)
18 janvier 2012 (14h00 – 15h)
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
En tunnel, la ventilation joue deux rôles :
Ventilation sanitaire en exploitation normale
Désenfumage en cas d’incendie
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
• Ventilation sanitaire• Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel• Systèmes de ventilation• Désenfumage• Dispositions constructives
Ventilation sanitaire et désenfumage
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle
En exploitation normale, les moteurs à combustion interne des véhicules émettent des polluants qu’il faut évacuerLa seule solution opérationnelle à ce jour est la dilution par apport d’airfrais, pour que les niveaux de pollution restent toujours acceptables àl'intérieur du tunnel. C'est la ventilation sanitaire
Un tunnel est un milieu quasi-confiné.
Les techniques d’épuration de l’air comme la filtration des particules ou le traitement des gaz nocifs sont difficilement envisageablespour les tunnels.
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Niveaux de pollution à respecter à l'intérieur des tun nels, en exploitation normale�circulaire 2000-63 du 25 août 2000 (sécurité des tunnels) en cas de blocage
accidentel : maximum de 150 ppm en CO et de 9.10-3 m-1 en opacité (valeurs ponctuelles)
�circulaire 99.329 du 8 juin 1999 (ministère de la santé)�recommandations CETU
Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter
circulaire 99.329
en moyenne sur la longueur du tunnel :
- CO : seuil à 50 ppm sur toute période de 30 min et à 90 ppm sur toute période de 15 min
- NO2 : seuil à 0.4 ppm sur toute période de 15 min
recommandations Cetu
-mise en application progressive de la circulaire 99.329 pour le NO2
-mise en application immédiate de la circulaire 99.329 pour le CO
- l'opaciténe doit pas dépasser5.10-3 m-1 en tout point du tunnel
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter
Valeur limites d'exposition professionnelle (Institut National de Recherche et de Sécurité)
� CO : 50 ppm sur 8 heures (circulaire du 5 mars 1985 du ministère du Travail)
� NO : 25 ppm sur 8 heures (circulaire du 13 mai 1987 du ministère du Travail)
� NO2 : 3 ppm sur 15 minutes (circulaire du 19 juillet 1982 du ministère du Travail)
Ces recommandations sont moins sévères que les seuils imposés aux usagersDoc
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement
Le débit de polluant se calcule à partir de :� la nature du trafic : nombre de véhicules, type des véhicules� les conditions de circulation : vitesse, pente…
Les émissions unitaires sont données par le guide du Cetu "Calcul des émissions de polluants des véhicules automobiles en tunnel – avril 2002"
Dimensionner la ventilation sanitaire, c’est calculer le débit d’air frais de dilution nécessaire
Débit d’air frais de dilution nécessaire = (débit de polluant émis par le trafic) / (concentration admissible)
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement
Grâce au durcissement progressif de la réglementation imposée aux constructeurs de moteurs de véhicules routiers (euro 1, euro 2, euro 3,euro 4), les émissions unitaires baissent de manière continue depuis 1992, date d’introduction des premiers pots catalytiques sur les VL essence.
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Émissions unitaires d’oxydes d’azote par type de véhicule en fonction de la vitesse, sans déclivité
EVOLUTION des EMISSIONS d'OXYDES d'AZOTEentre 1995 et 2020
0
2
4
6
8
10
12
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16
18
20
1995 2000 2010 2020année
émissions en g/km/véhicule
PL - 20 km/h
PL - 60 km/h
PL - 100 km/h
VL - 20 km/h
VL - 60 km/h
VL - 120 km/h
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement
A l’heure actuelle, on constate que les besoins en renouvellement de l’air sont déterminés sur la base des critères des oxydes d’azote et de l’opacité, celui du monoxyde d’azote n’étant plus déterminant.
En tunnel urbain, les calculs montrent qu’un ratio de l’ordre de 50 m3/s par km de voie permet de satisfaire ces critères.
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande
Le fonctionnement de la ventilation sanitaire est en général automatique, asservi à des capteurs de pollution installés en tunnel.
Des commandes locales, depuis les armoires électriques et des commandes, passées par l’opérateur, depuis le PCC sont aussi possibles.
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande
Capteurs de pollution se composent :� pour la toxicité, d’analyseurs de CO et, depuis peu, d’analyseurs d’oxydes
d’azote� pour la visibilité, d’opacimètres
Par ailleurs, des anémomètres permettent souvent de connaître les écoulements de l’air en tunnel.
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
• Ventilation sanitaire• Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel• Systèmes de ventilation• Désenfumage• Dispositions constructives
Ventilation sanitaire et désenfumage
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel
• Pistonnement des véhicules
Les véhicules, en roulant, entraînent de l’air dans leur sillage : c'est l'effet de pistonnement.
Ce phénomène est très efficace pour la dilution des polluants dans le cas de tunnels unidirectionnels, mais il n'est pas possible de compter sur lui dans le cas de tunnels bidirectionnels
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel
• Pistonnement des véhicules • Contre-pressions atmosphériques aux têtes
C'est la différence entre les pressions aux deux têtes d’un tunnel
Cette différence de pression est due aux effets météorologiques :� composante aérodynamique due à l’action locale du vent
sur les têtes� composante barométrique liée aux gradients de pression
à grande échelle
Elle varie en permanenceSon influence sur la valeur et le sens du courant d’air peut être très grande
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel
• Pistonnement des véhicules • Contre-pressions atmosphériques aux têtes• Forces introduites par la ventilation mécanique
Elles résultent :
� soit d’une poussée appliquée directement sur la masse d’air du tunnel, par exemple grâce à des accélérateurs
� soit des débits d’air forcés soufflés ou extraits en tunnel, par exemple grâce à des galeries d’air frais ou d’air viciéDoc
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
• Ventilation sanitaire• Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel• Systèmes de ventilation• Désenfumage• Dispositions constructives
Ventilation sanitaire et désenfumage
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Systèmes de ventilation
• Longitudinal
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Systèmes de ventilation
• Longitudinal
variation de la vitesse d'écoulement de l'air le long du tunnel
variation des concentrations en polluant le long du tunnel
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Systèmes de ventilation
• Longitudinal • Transversal
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Systèmes de ventilation
• Longitudinal • Transversal
variation de la vitesse d'écoulement de l'air le long du tunnel (sans extraction)
variation des concentrations en polluant le long du tunnel
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
• Ventilation sanitaire• Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel• Systèmes de ventilation• Désenfumage• Dispositions constructives
Ventilation sanitaire et désenfumage
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle
En cas d'incendie
� dans un premier temps, protéger les usagersdes fumées pour qu’ils puissent évacuer le tunnel
� dans un second temps, permettre l’intervention des services de secours et de lutte contre l’incendie.
c'est la ventilation de désenfumage
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle • Comportement des fumées
Influence du courant d’air
Vdéstratification
Vcritique
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle • Comportement des fumées
Effet de la pente
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement
Le calcul des débits de désenfumage doit prendre en compte la nature du trafic :� véhicules légers� poids lourds � transports de marchandises dangereuses
Les termes sources se caractérisent par :� charge calorifique en jeu� puissance dégagée� débit et densité des fumées� concentrations en toxiques
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement
Incendies de dimensionnement (circulaire 2000-63)
Les incendies de dimensionnement ne sont pas les incendies les pires qui puissent exister, mais :
� le risque d’un incendie supérieur est très faible
� les incendies de dimensionnement permettent de prendre en compte le début d’un incendie supérieur
� choix d’investissement : d’autres mesures sont plus efficaces qu’une amélioration de la ventilation, pour les très gros feux
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement
-8 MW2 ou 3 véhicules légersgabarit < 2 m
gabarit > 3.5 m
• sans TMD
• avec TMD
2 m < gabarit < 3.5 m
type de tunnel
80 m3/s
> 300 m3/s
30 MW
200 MW
gros incendie de pl
pl chargé d'hydrocarbures
50 m3/s15 MWun fourgon
débit de fuméespuissance totaledéfinition de l'incendie
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande
La détection d'un incendie peut s'effectuer de différentes manières :� par la surveillance des caméras en tunnel� par l'appel d'un usager (RAU) ou décroché d'extincteur, ouverture
de porte…� par l'alarme des capteurs de pollution� par la détection automatique d'incident (DAI)� par des détecteurs spécifiques d'incendie
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Désenfumage
• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande
L'opérateur de permanence au PCC dispose en général de deux modes de commande :
� la commande d'urgence qui consiste à mettre en œuvre, en fonction du lieu de l'incendie, le scénario préprogrammé de désenfumage
� la reprise de commande éventuelle en manuel, selon les directives des sapeurs-pompiers
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
• Ventilation sanitaire• Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel• Systèmes de ventilation• Désenfumage• Dispositions constructives
Ventilation sanitaire et désenfumage
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Dispositions constructives
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Dispositions constructives
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Dispositions constructives
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Dispositions constructives
Coupe verticale station traversée de Toulon
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Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers
Dispositions constructives
carneaux d'amenée d'air frais
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Dispositions constructives
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Je vous remercie pour votre attention
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