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Modélisation des phénomènes dangereux
Phénomènes dangereux et modélisation des effets
B. TRUCHOTResponsable de l’unité Dispersion Incendie
Expérimentations et Modélisations
Modélisation des phénomènes dangereux
Phénomènes dangereux
Description et modélisation des phénomènes • BLEVE• Boil-Over & Boil-Over en couche mince• Dispersion atmosphérique• Explosion de nuage (UVCE)• Incendie
• Feux de liquides• Feux d’entrepôts • Feux torches
Modélisation des phénomènes dangereux
Choix des scénarios
Choix de scénarios dimensionnants• Prise en compte de situations extrêmes donnant une image de l’enveloppe du
risque• Approche prudente au niveau du terme source
Brèche parfaite
Pas de dilution ou perte d’énergie à l’éclatement d’une capacité
…
Homogénéité des pratiques au niveau national
Modélisation des phénomènes dangereux
BLEVE
Modélisation des phénomènes dangereux
T,P
t
Prupt
Modélisation des phénomènes dangereux
Produits et types d’effet
Le BLEVE peut impacter• Des stockages de gaz liquéfiés (Butane, Propane, Propylène mais aussi
ammoniac, dioxyde de carbone, …)
Et générer• Des effets de pression : éclatement du réservoir • Des effets thermiques : formation d’une boule de feu• Des projections : effets missiles pouvant impacter des cibles à plusieurs
centaines de mètres de l’accident
Modélisation des phénomènes dangereux
Modélisation des effets d’un BLEVE
Les effets thermiques
Effets de surpression• Calcul de l’énergie de Brode• Diagramme Multi-Energy
Modélisation des phénomènes dangereux
BO / BOCM
Modélisation des phénomènes dangereux
EAUEAUEAU
EAU
EAUEAUEAU
EAU
Boil Over classique Boil Over couche mince
Modélisation des phénomènes dangereux
Produits et types d’effet
Le Boil-Over peut impacter• Des stockages de produits inflammables visqueux et multi-composants (pétrole
➨brut) formation d’une onde de chaleurEt générer
• Des effets thermiques : formation d’une boule de feu
Le Boil-Over en Couche Mince peut impacter• Des stockages de produits inflammables visqueux (Diesel, Kérosène, FOD, …)
➨ pas de boil-over sur des produits peu visqueux (essence)Et générer
• Des effets thermiques : formation d’un cylindre de feu
Modélisation des phénomènes dangereux
Modélisations des effets d’un Boil Over
Boil Over classique• Formule de l’IT 89 – d1 = 5,86M1/3 & d2 = 8,23 M1/3 • Des modèles plus complexes prenant en compte le volet cinétique pouvant être
mis sous la forme Distseuil = Aseuil.MliqBseuil
Boil Over couche mince• Modèle physique prenant en compte les différents phénomènes
Modélisation des phénomènes dangereux
Dispersion atmosphérique
Modélisation des phénomènes dangereux
Fdhm
gfjdjfgjgfjfgfjsoiùqdfhNuage de polluant
Pression
Température
Brèche
(diamètre, orientation)
Hauteurde rejet
Propriétés des substances
(état physique, densité, toxicité...)
Hliq
Débit à la brècheVitesse à l’orifice après expansion
Taux de dépôt liquide (rain-out)
Taux d’évaporation
Modélisation des phénomènes dangereux
Les paramètres importants
• Caractéristiques du produit : propriétés physico-chimiques, toxicité, …
• Etat physique initial du fluide
• Mode de rejet : instantané, continu, débit variable
• Conditions de pression, de température, diamètre de fuite,
• Durée de rejet, alimentation du rejet par l’amont et l’aval, possibilités d’isolement, ...
• Canalisations : Pertes de charge, pompes, compresseurs, ...
• Lieu de fuite, hauteur de rejet
• Confinement, rejet impactant
Modélisation des phénomènes dangereux
Impact du terme source
Rejet instantané
Rejet continu
Modélisation des phénomènes dangereux
Notions de classe de vent
Modélisation des phénomènes dangereux
2 classes de vent représentatives
Pourquoi ce choix F3/D5 ?• F3 : atmosphère stable, vent faible représentatif du cas dimensionnant• D5 : vent neutre, vitesse moyenne, cas représentatif d’une configuration
« moyenne »
A B C D E F
Vitessereprésentative
D5
F3
Modélisation des phénomènes dangereux
Impact du vent
3 m/s
5 m/s
10 m/s
Plus le vent est fort, plus la dilution est importante (effet de cisaillement)
Modélisation des phénomènes dangereux
Importance de la rugosité de surface
Centre urbainVilleDésert Cultures
Modélisation des phénomènes dangereux
Les outils de modélisation
3 grandes familles d’approches• Les modèles Gaussiens
ALOHA, ADMS, …
• Les modèles IntégrauxPHAST, ALOHA, SLAB, …
• Les modèles 3DLes modèles Lagrangiens avec écoulement « Mass consistent »
Les modèles CFD
Modélisation des phénomènes dangereux
UVCE
Modélisation des phénomènes dangereux
Vitesse de flammePression Températureβ, Coefficient d’expansion
Modélisation des phénomènes dangereux
Derrière β, l’influence de la position d’inflammation
Les gaz brulés sont enfermés par la flamme• La flamme est accélérée par
l’expansion des gaz brulés• Les effets de pression sont
accrus
Les gaz brulés peuvent être évacués à l’opposé de la flamme• Effet d’expansion des gaz limité• Effets de pression plus faible
Pour mémoire, ββββ ≈ 7/8 pour les hydrocarbures standards
Modélisation des phénomènes dangereux
Effets de pression : la méthode multi-énergie
✤PS = Surpression (Pa)
P0 = Pression atmosphérique (Pa)
Ε = Energie d’explosion (J)
R = Distance d’effets (m)
∆ ∆Ps
P
P
s=0
( )R
R
E P
=0
1 3
Modélisation des phénomènes dangereux
Un phénomène également possible dans un bâtiment
2 cas possibles • Tous les gaz inflammables sont consommés à l’ouverture de la paroi la plus
➨faible propagation des effets de pression• Une partie des gaz inflammables n’est pas consommée lors de l’ouverture de
➨la paroi la plus faible explosion secondaire : UVCE à l’extérieur avec fort niveau de turbulence dans le nuage
Modélisation des phénomènes dangereux
Incendie
Modélisation des phénomènes dangereux
Phénoménologie
Rayonnement de la flamme vers le produit
Formation de gaz de pyrolyse
Rayonnement de la flamme vers les cibles
Modélisation des phénomènes dangereux
Produits et types d’effet
Un feu de nappe peut survenir• Sur tous types de produits inflammables : produits pétroliers (brut, gasoil,
essence, …), solvants dans l’industrie chimique (éthanol, acétone, …), …
Et générer• Des effets thermiques
Modélisation des phénomènes dangereux
Le cas particulier des feux d’entrepôts
Développement d’un logiciel libre : Flumilog
• Campagne d’essais à moyenne échelle
• Développement d’une méthode prenant en compte les différents phénomènes
physiques
• Validation par un essai à grande échelle
• Réalisation de simulations numériques 3D
• Reconnaissance et publication du logiciel
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