La simulation numérique au service de la sécurité incendie
La simulation offre désormais une palette d’outils aux ingénieurs spécialistes de la sécurité incendie des bâtiments. Cette modélisation est particulièrement appropriée à La Réunion pour compléter la réglementation qui n’est pas toujours adaptée aux spécificités locales. Typiquement, les principes de la ventilation naturelle (favorisant des bâtiments ouverts) sont parfois en conflit avec les intérêts de sécurité incendie. Les outils numériques peuvent alors aider à valider la pertinence d’une stratégie de sécurité incendie.
Exemple de résultats d’une simulation d’incendie [1].
Propagation d’un feu dans une chambre ouverte sur un couloir.
Visualisation de la fumée et de la température à différents instants.
La sécurité incendie : une stratégie réfléchie dès la conception d’un bâtiment
Le risque incendie fait partie des préoccupations majeures lors de la conception d’un bâtiment. En cas de sinistre, il est indispensable d’être en mesure de protéger la vie des 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.
Une réglementation nationale fixe donc les exigences en matière de sécurité incendie. Ainsi, les bureaux d’études accompagnent les projets de bâtiment pour assurer un niveau de sécurité satisfaisant.
Vers une conception sécuritaire axée sur les performances
Bien que les réglementations actuelles soient surtout prescriptives, celles-ci s’ouvrent de plus en plus à une démarche axée sur les performances. Cette approche laisse plus de flexibilité quant à la stratégie employée, mais le niveau de sécurité doit être rigoureusement justifié en s’appuyant sur l’Ingénierie de la Sécurité Incendie.
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 et FDS sont respectivement des références en termes d’implémentation de modèles de zone et champs.
- Les modèles de zone 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.
- Les modèles champs
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.
Schéma de principe d’un modèle de zone pour une pièce [1].
Deux zones sont définies (couche chaude de fumée et couche froide d’air) pour lesquels des grandeurs physiques sont calculées de façon à respecter les bilans de masse et d’énergie. Des interactions avec l’extérieur sont également modélisées (entrées/sorties d’air ou de fumée, échanges de chaleur aux parois).
Schéma de principe d’un modèle champs [1].
Le domaine est découpé en fines mailles puis la physique est résolue en chaque point de la grille ainsi définie. Il est alors possible pour chaque instant d’extraire des valeurs, comme la température ou la concentration de fumée, calculées pour chaque maille.
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.
Les simulations sont tout de même avantageuses afin d’évaluer, quelles que soient les spécificités d’un projet, l’efficacité des mesures de prévention. Cette approche permet d’optimiser les moyens mis en œuvre tout en garantissant les objectifs de sécurité visés. Elle vient également compléter la réglementation imposée, notamment en cas de conflits ou de vides normatifs.
A La Réunion, la simulation peut aider à répondre aux spécificités locales
La réglementation portant sur la sécurité incendie ne possède pas d’adaptation pour les Départements et Régions d’Outre-Mer et ce malgré les particularités climatiques et constructives locales. La simulation est alors d’autant plus pertinente pour justifier des stratégies mises en œuvre.
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).
