Ingénierie du désenfumage – Théâtre
Ingénierie de la sécurité incendie (ISI) dans un théâtre
L’expertise approfondie d’EOLIOS Ingénierie dans le domaine de la mécanique des fluides lui a permis de mener une étude rigoureuse pour assurer la sécurité au sein du site en cas d’incendie.
L’objectif premier de notre étude a été d’analyser les risques potentiels d’incendie et d’évaluer les mesures de sécurité existantes. En fonction des résultats obtenus, nous avons identifié les zones à risque et les mesures supplémentaires à mettre en place pour assurer une protection optimale.
Nous avons utilisé des méthodes de modélisation avancées pour simuler le comportement du feu dans différents scénarios. Cela nous a permis d’évaluer l’ampleur des dommages potentiels et de déterminer les zones d’impact.
Sur la base de ces informations, nous avons recommandé l’installation de systèmes de détection et de lutte contre l’incendie adaptés aux spécificités du site. Nous avons également préconisé des améliorations au niveau de la ventilation et de l’évacuation des fumées, afin d’optimiser la sécurité des occupants.
Nous avons travaillé en étroite collaboration avec les équipes de l’entreprise pour mettre en œuvre ces recommandations.
Ingénierie du désenfumage
Année
2023
Client
NC
Localisation
France
Typologie
Ingénierie du désenfumage
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Introduction
Les théâtres sont des lieux de spectacles qui accueillent entre 30 à 700 spectateurs en fonction de leur taille. Il est donc primordial de prévoir l’évacuation soudaine d’un grand nombre de personnes en cas de problème, comme des incendies. En cas d’incendie, la fumée va augmenter et se propager. Cela peut provoquer le blocage des voies d’évacuation en raison de la chaleur, des émanations de fumée et une mauvaise visibilité.
La dynamique des fluides numérique (CFD) permet de s’assurer que les voies d’évacuation sont dégagées et que les systèmes d’extraction de fumée sont conçus efficacement pour contribuer à sauver des vies et lutter contre l’incendie ou sa propagation. L’intérêt de notre étude de désenfumage est de modéliser la propagation de la fumée afin d’optimiser son évacuation ainsi que celles des produits de combustions et des personnes du théâtre dans les meilleures conditions en cas d’incendie.
Modèle 3D du site
L’entièreté du site a été reproduite avec un logiciel 3D par nos ingénieurs EOLIOS. Ce modèle sera réalisé à partir du modèle 3D du bâtiment et des systèmes.
Modèle 3D du théâtre étudié en ingénierie du désenfumage
Cette modélisation permet par la suite de réaliser la simulation CFD pour chaque scénario.
L’objectif n’étant pas de surcharger le modèle de détails inappropriés afin de maximiser les puissances de calculs pour les zones sensibles de l’étude à l’intérieur du volume, la volumétrie est réalisée de manière à prendre en compte tous les éléments ayant un impact sur l’aéraulique du volume.
Caractérisation du feu dans le modèle
Les logiciels permettent des études de fluides mais ne peuvent pas prédire l’allumage des objets combustibles ainsi que la manière dont ils brûlent (énergie et effluents produits). Par conséquent, le phénomène de combustion n’est pas modélisé dans cette étude. L’incendie est modélisé grâce à un modèle volumétrique de chaleur, c’est-à-dire qui ne prend en compte que les effets thermiques et toxiques provenant de la combustion, dans un volume défini comme la zone dans laquelle se produit la combustion.
Il est alors de la responsabilité de l’utilisateur de choisir avec minutie les données d’entrée du modèle. La combustion est une réaction qui libère de la chaleur. Cette quantité de chaleur par unité de temps, appelée débit calorifique ou puissance de feu, n’est pas constant dans le temps (petites flammes, puis flammes vives, puis extinction progressive), ce qui le rend complexe à définir. Des études préliminaires sont donc faites pour déterminer l’évolution temporelle du débit calorifique et les taux d’émission de produits de combustion qui seront alors des données d’entrée. EOLIOS dispose d’une base de données permettant de définir les conditions de génération de fumées pour les matériaux les plus courants.
Modèle du théâtre en ingénierie du désenfumage -Vitesses de flamme
Scénarios envisagés
Il est très difficile de prédire la position précise d’un futur foyer d’incendie. C’est pourquoi plusieurs études sont réalisées avec différents scénarios. Les emplacements des foyers étudiés sont pris dans les cas les plus défavorables afin de dimensionner au mieux les installations de désenfumages. Ces cas défavorables satisfassent plusieurs contraintes :
- Maximiser le trajet des fumées entre le foyer et l’exutoire le plus proche
- Maximiser le temps de détection
- Retarder la découverte du feu
- Bloquer l’utilisation d’une issue de secours ou d’un dégagement
- Favoriser l’accumulation de chaleur et de fumées dans une zone spécifique
La phase d’élaboration du modèle s’attache à définir différents paramètres essentiels de chaque scénario incendie. Ces paramètres sont :
- La position du foyer
- La caractérisation du foyer
- Les éléments de l’ouvrage, les systèmes et les mesures impactant le développement et la propagation de l’incendie
Ces différents scénarios visent à s’assurer que les installations de désenfumage sont dimensionnées adéquatement pour satisfaire aux objectifs de protection. Il est donc possible de déterminer l’emplacement idéal des issues de secours, des portes coupe-feu, et des systèmes de désenfumages en observant le chemin qu’emprunte les fumées dans le théâtre.
Simulation CFD du modèle
Les études d’ingénierie du désenfumage permettent de représenter la diffusion des gaz dans l’espace et le temps. Elle est couplée avec une modélisation multiphysique qui tient compte des phénomènes provenant de la formation de fumée. L’expertise d’EOLIOS en thermique et en aéraulique offre des solutions innovantes et pertinentes pour les risques climatiques et incendie. La mise en œuvre de simulations CFD nécessite l’intervention d’experts en mécanique des fluides, thermique et simulations numériques.
Les ingénieurs EOLIOS spécialisés en thermo-aéraulique et mécanique des fluides travaillent étroitement avec d’autres ingénieurs EOLIOS spécialisés en risque incendie et systèmes.
Pour notre étude, une simulation CFD est réalisée pour chaque scénario considéré. Il est nécessaire de déterminer au préalable les conditions limites pour résoudre les équations aux dérivées partielles du modèle. Un maillage approprié est ensuite généré automatiquement depuis la géométrie du modèle mais il est possible de le rendre plus fin aux endroits où l’on souhaite plus de précision.
Modèle 3D du théâtre en ingénierie du désenfumage - Températures
Avec les différentes simulations, on peut étudier le déplacement de chaleur et de fumée, qui suivent le déplacement de l’air généré par l’incendie. Il est nécessaire de déterminer la durée à laquelle les différents accès aux issues de secours auraient été obstrué par la fumée empêchant totalement ou partiellement une évacuation dans de bonnes conditions.
Analyses des résultats
Les résultats permettent d’appréhender les conditions thermiques et le flux de chaleur auquel peuvent être soumises les personnes pendant leur évacuation et les pompiers au cours de leur intervention. Une solution d’amélioration des systèmes de désenfumages existants peut ainsi être élaboré. EOLIOS propose un nouveau système prenant en compte la sécurité des personnes, les réglementations applicables ainsi que les conditions environnementales. Des propositions d’aménagement du site, comme d’emplacement des issues de secours et porte coupe-feu, sont aussi faites au vu de la vitesse de propagation de cette fumée dans les espaces, des températures à l’intérieur du théâtre et de la visibilité de la fumée qui est la plus grande distance à laquelle un objet peut être vu.
Synthèse vidéo de l'étude
Une simulation CFD (Computational Fluid Dynamics) d’un départ de feu sur la scène d’un théâtre permet de produire plusieurs résultats importants. Voici quelques-uns des résultats clés que l’on peut attendre d’une telle simulation :
1. Propagation de la chaleur : La simulation CFD montre comment la chaleur générée par le feu se propage dans l’environnement. Cela aide à comprendre les zones de température élevée et à prédire comment elle pourrait affecter la structure du théâtre, les éléments scéniques et les spectateurs.
2. Mouvement des fumées : La simulation permet également de visualiser la façon dont les fumées générées par l’incendie se déplacent dans l’espace. Cela peut aider à identifier les zones où la fumée pourrait s’accumuler, devenant potentiellement dangereuse pour les personnes présentes dans le théâtre.
3. Vitesse et direction des flux d’air : La simulation CFD permet d’étudier les mouvements de l’air, notamment la vitesse et la direction des flux d’air générés par l’incendie. Cela aide à comprendre comment l’incendie peut influencer la circulation de l’air dans le théâtre et à évaluer les risques d’inhalation de fumée pour les occupants.
4. Concentration de produits de combustion : La simulation CFD permet également de calculer la concentration des produits de combustion, tels que les gaz toxiques, dans les différentes zones du théâtre. Cela permet de déterminer les zones où la concentration de ces produits est la plus élevée, ce qui aide à prendre des mesures de sécurité appropriées pour protéger les occupants.
5. Évaluation des voies d’évacuation : En connaissant la propagation du feu, des fumées et des produits de combustion, la simulation CFD peut évaluer l’efficacité des voies d’évacuation existantes dans le théâtre. Cela aide à identifier les éventuels problèmes dans la conception initiale et à proposer des améliorations pour une évacuation plus sûre en cas d’incendie.
En résumé, une simulation CFD d’un départ de feu sur la scène d’un théâtre permet de visualiser la propagation du feu, des fumées et des produits de combustion, d’évaluer les risques pour les occupants et d’identifier les mesures de sécurité nécessaires pour assurer une évacuation rapide et sécurisée.
