Simulation now offers a range of tools to engineers specialized in building fire safety. This modeling is particularly appropriate in Reunion Island to complete the regulations which are not always adapted to local specificities. Typically, the principles of natural ventilation (favoring open buildings) are sometimes in conflict with fire safety interests. Numerical tools can then help to validate the relevance of a fire safety strategy.
LA SÉCURITÉ INCENDIE : UNE STRATÉGIE RÉFLÉCHIE DÈS LA CONCEPTION D’UN BÂTIMENT
Fire risk is one of the major concerns when designing a building. In the event of a fire, it is essential to be able to protect the lives of the occupants.
Dans cette optique, le désenfumage est un élément central de la stratégie de sécurité incendie. En effet, dès les premières phases d’un feu non maîtrisé, la fumée constitue un risque important car elle entrave la visibilité en plus d’être particulièrement toxique pour l’organisme. L’intoxication par la fumée est d’ailleurs la première cause de décès chez les victimes d’incendie.
A national regulation sets the requirements for fire safety. Thus, the design offices accompany the building projects to ensure a satisfactory level of safety.
VERS UNE CONCEPTION SÉCURITAIRE AXÉE SUR LES PERFORMANCES
Although current regulations are mostly prescriptive, they are increasingly open to a performance-based approach. This approach allows more flexibility in the strategy employed, but the level of safety must be rigorously justified based on Fire Safety Engineering.
C’est dans ce cadre-là que la simulation numérique est un atout précieux. Les outils de simulation peuvent permettre de quantifier le développement et les conséquences des incendies. Des objectifs de performance sont établis et des scénarios de feu sélectionnés dans le but de dimensionner au mieux les mesures de prévention à adopter.
LA MODÉLISATION DE L’INCENDIE
Les codes de calcul à disposition peuvent être découpés en deux familles : les modèles de zone et les modèles champs. A titre d’exemple les logiciels CFAST and FDS sont respectivement des références en termes d’implémentation de modèles de zone et champs.
- Zone models
Cette approche consiste à diviser grossièrement le domaine d’intérêt en sous-zones supposées uniformes afin de faciliter les calculs. Les hypothèses simplifient grandement la réalité mais la méthode a l’avantage d’être rapide. De plus, les approximations restent raisonnables dans de nombreuses situations basiques. Ainsi, ces modèles sont fréquemment utilisés dans le bâtiment.
Two zones are defined (hot smoke layer and cold air layer) for which physical quantities are calculated in order to respect the mass and energy balances. Interactions with the exterior are also modeled (air or smoke inlets/outlets, heat exchanges at the walls).
- Field models
Ces modèles sont beaucoup plus précis car ils calculent l’évolution détaillée de l’incendie en tout point de l’espace. L’inconvénient majeur de cette approche est le temps de calcul nécessaire. Typiquement, la simulation d’un scénario de feu dans un bâtiment peut durer plusieurs jours. Leur usage tend néanmoins à se généraliser avec l’amélioration continue des capacités de calcul.
The domain is divided into fine meshes and the physics is solved at each point of the defined grid. It is then possible to extract values, such as temperature or smoke concentration, calculated for each mesh.
RESTONS PRUDENTS ET CRITIQUES FACE AUX RÉSULTATS NUMÉRIQUES
Le fait de représenter un incendie par un modèle de calcul est très complexe du fait des différents phénomènes physiques et chimiques entremêlés. Il faut donc garder en tête que les simulations ne sont jamais parfaitement fidèles à la réalité. Il est du ressort de l’ingénieur en simulation numérique de connaitre les limites et les incertitudes des modèles utilisés, d’adapter la méthode de résolution à chaque cas spécifique, et de se montrer critique vis-à-vis des résultats.
Simulations are nevertheless advantageous in order to evaluate the effectiveness of prevention measures, regardless of the specificities of a project. This approach makes it possible to optimize the means implemented while guaranteeing the targeted safety objectives. It also complements the regulations imposed, particularly in the event of conflicts or gaps in the standards.
A LA RÉUNION, LA SIMULATION PEUT AIDER À RÉPONDRE AUX SPÉCIFICITÉS LOCALES
The regulations concerning fire safety are not adapted for the French Overseas Departments and Regions, despite the particularities of the local climate and construction. The simulation is then all the more relevant to justify the strategies implemented.
INTEGRALE Ingénierie participe activement à l’évolution du secteur de la sécurité incendie à La Réunion au travers de projets de recherche. En 2019, un guide pour la sécurité incendie relative au désenfumage des bâtiments ventilés naturellement a été publié. Actuellement, un projet de thèse vise à réduire le temps de calcul des simulations numériques de désenfumage.
[1] Guillaume, E. Modélisation de l’incendie – Outils de modélisation numériques du développement du feu. Sécurité et gestion des risques (2012).
