Retour d`expérience technique des incidents d`exploitation du tunnel

TECHNIQUE
Retour d’expérience technique
des incidents d’exploitation
du tunnel du Fréjus
Alain CHABERT - GROUPEMENT D’EXPLOITATION DU FRÉJUS
Max MOLINARO - GROUPEMENT D’EXPLOITATION DU FRÉJUS
Résumé
Les alertes incendie qui surviennent
dans le tunnel du Fréjus sont
systématiquement exploitées pour
vérifier le bon fonctionnement des
équipements à partir des données
enregistrées par le système de
supervision de l’ouvrage.
Cette analyse s’avère souvent riche
d’enseignements. Elle permet aux
équipes du gestionnaire de
s’approprier le comportement
de l’ouvrage et de mettre en place
des actions correctives pour
remédier aux défauts relevés.
Cet article illustre cette démarche
sur un exemple concernant
la ventilation.
Abstract
TECHNICAL RETURN OF EXPERIENCE
FROM OPERATION INCIDENTS
IN THE FREJUS TUNNEL
The fire alarms occuring in the Frejus
tunnel are systematically analyzed,
thus allowing to check the
performance of equipments
from the data recorded by the
tunnel supervision system.
Such analyse often provides very
valuable information and allows
the tunnel operator's teams
to understand the behaviour of
structures and set up corrective
actions to remedy detected
defects. This paper illustrates
that approach through an
example related to ventilation.
Figure 1 - Entrée française du tunnel routier du Fréjus
INTRODUCTION
Le retour d’expérience des incidents ou
accidents d’exploitation des tunnels routiers, qui fait à présent partie des obligations du gestionnaire de tout ouvrage de
plus de 300 m (ref [1] et [2]), peut comporter plusieurs volets :
• le retour d’expérience technique
• le retour d’expérience des intervenants
(exploitant, services de secours publics)
• le retour d’expérience du comportement
des usagers
Le premier volet peut apparaître a priori
comme le plus facile à mettre en œuvre.
Mais l’expérience montre que ce n’est pas
le cas. En effet, deux conditions doivent
être réunies pour réaliser un retour d’expérience technique approfondi :
• disposer d’un enregistrement adapté des
données techniques pendant l’évènement,
• disposer de la matière grise nécessaire
pour accéder à ces données, les dépouiller,
les analyser, les mettre en forme et en tirer
des conclusions pertinentes.
De nos jours, les tunnels routiers sont dotés
de puissants systèmes d’aide à l’exploitation. Grâce aux possibilités offertes par les
supports de stockage numériques, ces systèmes archivent de nombreuses données
concernant le fonctionnement des équipements, ce qui permet de répondre à la première condition.
En ce qui concerne la seconde, les exploitants disposent trop rarement d’ingénieurs
ou de techniciens ayant la compétence et
la disponibilité pour réaliser un dépouillement approfondi des données disponibles.
Ce type d’analyse est pourtant particulièrement riche en informations permettant de
valider le bon fonctionnement des équipements ou, à l’inverse, de déceler des dysfonctionnements comme on va l’illustrer sur
quelques exemples concernant le tunnel
du Fréjus.
TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 212 - MARS/AVRIL 2009
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TECHNIQUE
Retour d’expérience technique des incidents d’exploitation du tunnel du Fréjus
LE TUNNEL DU FRÉJUS
Le tunnel du Fréjus est un des plus longs
tunnels routiers au Monde. Il a été mis en
service en 1980. Depuis mai 2007, il est
exploité par le Groupement européen
d’intérêt économique d’Exploitation du
Fréjus (GEF) dont sont membres à parité les
sociétés concessionnaires française et
italienne (SFTRF et SITAF).
Ses principales caractéristiques sont
présentées sur le Tableau 1.
Pour la distribution d’air frais, l’ouvrage se
répartit en 6 tronçons d’environ 2 km.
Chaque tronçon est alimenté par une usine
située sur une des plateformes (tronçon 1
et 6) ou au pied des puits de ventilation
situés au tiers (cantons 2 et 3) et aux deuxtiers (canton 4 et 5) du tunnel (Figure 3).
Figure 2 - Coupe transversale du tunnel du Fréjus
Longueur
12 860 m
Nombre de tube
1
Nombre de voies de circulation
1 voie dans chaque sens
Ventilation
de type transversal partiel
2 gaines situées au dessus de la chaussée
carneaux injectant l’air frais en partie basse des piédroits tous les 4,50 m
trappes de désenfumage de 1 m2 tous les 130 m
Nombre de points gérés par la supervision
Environ 15 000 points
Effectifs GEF pour la sécurité
20 agents h24, dont 2 au Poste de contrôle
Dispositifs prévus pour la protection
et l’évacuation des usagers
11 abris connectés à la gaine air frais
Tableau 1 - Principales caractéristiques du tunnel du Fréjus
Figure 3 - Coupe longitudinale schématique du tunnel du Fréjus
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Retour d’expérience technique des incidents d’exploitation du tunnel du Fréjus
La gaine air vicié est quant à elle divisée en
3 cantons d’environ 4 km. En cas d’incendie, l’extraction des fumées se fait en
ouvrant 10 trappes de désenfumage au
droit du foyer et en utilisant les deux usines
qui encadrent le sinistre pour extraire un
débit élevé.
L’organisation des secours est régie par un
plan de secours binational (PSB) qui prévoit
trois scénarios :
• scénario A : accident en tunnel sans
incendie
• scénario B : incendie en tunnel
• scénario C : incendie dans les locaux
techniques
Toutes les demandes de déclenchement
du plan de secours binational sont considérées comme des incidents significatifs au
sens de la directive européenne [1].
On présente ci-après des éléments concernant la ventilation issus du retour d’expérience technique d’une alerte « scénario B »
survenue le 15 octobre 2008.
LA SITUATION
AÉRAULIQUE AVANT
L’ALERTE
La Figure 4 représente la répartition le long
du tunnel de la vitesse du courant d’air longitudinal, chaque minute entre 18h45 et
18h50. Les abscisses (Points Métriques)
sont croissantes de la France vers l’Italie et
la vitesse est comptée positive pour un
courant d’air de l’Italie vers la France. Les
vitesses sont mesurées par 20 anémomètres à ultrasons de marque Flowsic régulièrement répartis le long du tunnel. Les
mesures faites chaque seconde sont filtrées
par une moyenne mobile sur 10 secondes.
La courbe aéraulique, traduit relativement
bien cette configuration de part et d’autre
d’un point de vitesse nulle situé à environ 5
km de la tête française, le courant d’air s’accélère progressivement vers les sorties sur
la zone de soufflage, puis reste stable dans
les deux derniers kilomètres (2,5 m/s vers
l’Italie et 2,0 m/s vers la France à 18h50).
LA PHASE TRANSITOIRE
D’après les données enregistrées par la
supervision, les deux commandes de lancement de l’alerte incendie ont été lancées
selon l’horaire suivant (horloge France Inter) :
Pendant cette période, la ventilation sanitaire
était gérée manuellement depuis le poste de
contrôle avec la consigne fixe suivante :
• 18h49 : Marche désenfumage
• air frais : 30% du régime maximal dans les
tronçons 2 à 5, 0 % dans les tronçons d’extrémités 1 et 6.
La première commande permet de lancer
toutes les actions qu’il est possible d’initier
avant d’avoir localisé l’incendie. La seconde
vient compléter ces actions lorsque cette
position est détectée (Tableau 2).
• air vicié : aucune aspiration, toutes les
trappes étant fermées.
• 18h51 : Sélection de la niche 30 située à
environ 4 km de l’entrée française
m/s
Figure 4 Profil aéraulique
en tunnel avant
l'évènement
mètres
Commande
Effet
Marche désenfumage
• Fermeture péage
• Appel général sur la radio d’exploitation
• Activation des sirènes proches des postes de secours GEF
• Appel automatique sur la radio d’exploitation GEF
• Appel téléphonique automatiques des astreintes GEF et des services externes
• Mise en attente des installations de ventilation
• Forçage du message d’alerte sur toutes les fréquences radio FM diffusées en tunnel
Sélection de niche
• Ouverture de 10 trappes pour l’extraction au droit du foyer
• Extraction sur les deux centrales qui encadrent le foyer
• Soufflage d’un minimum de 30 % sur tout le tunnel pour maintenir la gaine air frais en surpression
• Exploitation, en fonction des conditions atmosphériques, des capacités de soufflage et
d’extraction des autres tronçons pour contrôler le courant d’air longitudinal (boucle ouverte)
• Affichage du plan de signalisation visant à arrêter les véhicules se déplaçant vers le lieu de l’incendie
et à inciter une évacuation prudente de ceux qui s’en éloignent
Tableau 2 - Effets des deux commandes permettant au régulateur de traiter une alerte incendie en tunnel
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18:48
18:47
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18:44
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m/s
Figure 5 Evolution de la vitesse de l'air
en tunnel de part et d'autre
de la zone d'extraction
heures-minutes
La Figure 5 présente l’évolution des vitesses mesurées par les deux anémomètres
qui encadrent la zone d’extraction (AN1603 côté France et AN14-03 côté Italie).
rection pour la différence d’altitude).
confirme la stabilisation du régime sur l’ensemble de l’ouvrage (Figure 6). Les variations constatées sur deux anémomètres
(PM 3780 et PM 6960) sont probablement
dues au stationnement ou au passage d’un
véhicule de secours dans la section de
mesure concernée.
Dans cette zone, proche du point de
vitesse nulle avant l’évènement, l’effet du
soufflage se fait d’abord sentir en induisant
un courant d’air vers la France de l’ordre de
2 m/s vers 18h53. Puis, sous l’effet de l’extraction et du contrôle du courant d’air, la
vitesse s’inverse côté France pour atteindre
1,5 m/s vers l’Italie et la vitesse côté Italie
baisse à 1,0 m/s vers la France.
Dans ces conditions atmosphériques, le
contrôle du courant d’air a été obtenu de
manière tout à fait satisfaisante.
En revanche, le débit extrait estimé à partir
des mesures anémométriques en tunnel est
faible au regard de celui mesuré par
les capteurs de débit de type « Pitot
moyenné » installés près des ventilateurs,
comme le montre le bilan massique du
Tableau 3.
L’allure de la courbe est cohérente avec les
zones de soufflage et d’extraction. En effet,
on observe, de la gauche vers la droite, les
effets des actions suivantes :
• Soufflage du débit minimal (30%) sur
environ 3 km depuis la tête France
Le point de vitesse nulle est obtenu dans la
zone d’extraction à 18h56 et le régime se
stabilise vers 19h00, soit respectivement 5
minutes et 9 minutes après la commande
de sélection de niche. Ces délais incompressibles ne doivent pas être perdus de
vue par les différents intervenants : ils montrent notamment la fragilité de l’hypothèse
de stratification des fumées.
• Extraction entre les trappes de désenfumage n°28 et n°36, avec un point de
vitesse nulle au centre de cette zone
LA SITUATION STABILISÉE
Ce débit résulte de l’application automatique de la table de contrôle du courant
d’air, pour cette position de l’incendie et
pour une différence de pression barométriques entre les têtes de 160 Pa (après cor-
Cet écart très important nous a conduits à
programmer une visite de vérification de
l’étanchéité des gaines de ventilation, des
portes et des registres dans la zone concernée, c'est-à-dire à proximité de l’usine souterraine B située au pied du puits français.
A cette occasion, un désenfumage analogue a été reproduit et la vitesse de l’air
dans la gaine air vicié a été mesurée de
part et d’autre de la zone des trappes
ouvertes (Figure 7).
• Soufflage du débit minimal (30%) sur
environ 3 km, jusqu’au milieu du tunnel
• Sur la moitié italienne du tunnel, le gradient de vitesse vers l’Italie est plus fort en
raison du soufflage d’un débit de 50% du
maximum.
En reprenant le profil longitudinal de la
vitesse de l’air en tunnel à partir de 19h00
et dans les minutes qui suivent, on
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13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
m/s
Figure 6 Profil aéraulique en tunnel
après stabilisation
du désenfumage
TECHNIQUE
Retour d’expérience technique des incidents d’exploitation du tunnel du Fréjus
Débit
Aspiré de la France : 1,5 m/s
1,5 m/s x 47 m2 # 70 m3/s
Aspiré de l’Italie : 1,0 m/s
1,0 m/s x 47 m2 # 50 m3/s
Air frais insufflé sur la zone comprise entre les deux anémomètres (estimation) :
45 m3/s
Total (1) :
165 m3/s
Capteur de débit ventilateur air vicié n°22 (usine B2)
140 m3/s
Capteur de débit ventilateur air vicié n°31 (usine B3)
140 m3/s
Total (2) :
280 m3/s
Différence (2) – (1)
115 m3/s
Tableau 3 - Bilan des débits entrant et sortant de la zone délimitée par les anémomètres AN16-03 et AN14-03
Figure 7 - Mesure du débit qui s'échappe dans la gaine air vicié, au-delà de la zone d'extraction
Les vitesses, mesurées à l’aide d’un anémomètre portatif à moulinet, ont été de
V’ = 7 m/s dans le canton 3 et de V = 3 m/s
dans le canton 2.
Avec une section de la gaine air vicié de
8,34 m2, les débits aspirés au-delà de la
dernière trappe ouverte étaient donc de :
• 7 x 8,34 = 58 m3/s
• 3 x 8,34 = 25 m3/s
Au total, environ 85 m3/s s’échappaient
donc en dehors de la zone des 10 trappes
ouvertes. Le bilan du Tableau 3 est donc à
corriger comme suit :
En tenant compte de cette correction, le
taux de fuite est de l’ordre de 10 %, ce qui
est habituel pour un tunnel de ce type.
Mais le fait que 85 m3/s échappent à la
zone d’extraction reste insatisfaisant. Deux
facteurs sont à l’origine de ce problème :
• malgré une attention particulière portée
au maintien d’une bonne étanchéité des
gaines, il subsiste de faibles fuites qui,
compte tenu de la longueur des cantons
concernés (2 x 4 km) et de l’âge de l’ouvrage, ont un effet loin d’être négligeable ;
• les trappes de désenfumage actuelles, de
Débit
Total (1) corrigé :
Total (2) :
Différence (2) – (1)
165 m3/s + 85 m3/s = 250 m3/s
280 m3/s
30 m3/s
Tableau 4 - Bilan des débits entrant et sortant de la zone délimitée par les anémomètres
AN16-03 et AN14-03 corrigé après mesures sur place
petites dimensions et équipées d’une grille
métallique percée à raison de 70 %
de vides, présentent une résistance à
l’extraction trop importante au regard des
inévitables fuites évoquées au point
précédent.
L’amélioration de cette situation passera
donc par le remplacement des trappes
actuelles par de grandes trappes de désenfumage (6 m2). Ce projet a été initialement lancé pour permettre de réduire la
longueur de la zone d’extraction de 1200
mètres actuellement (10 trappes) à 400 m
(4 trappes).
LA SURPRESSION
DE LA GAINE AIR FRAIS
Dans l’attente de la construction d’une
galerie de sécurité, c’est la gaine air frais
qui tient lieu de cheminement pour l’évacuation des 11 abris dont est pourvu le tunnel du Fréjus. De ce fait, il importe qu’elle
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TECHNIQUE
Retour d’expérience technique des incidents d’exploitation du tunnel du Fréjus
soit maintenue en surpression par rapport
au tunnel afin d’éviter que les fumées n’y
pénètrent.
Afin de vérifier que cette surpression est
obtenue en maintenant un débit de soufflage minimal de 30 % du régime maximal,
des transmetteurs de pression ont été
installés à la fin de chacun des 6 tronçons.
Grâce à un tube qui descend dans le tunnel
par le dernier carneau de soufflage d’air
frais, la pression de l’air en tunnel est ramenée
au niveau de l’appareil situé en gaine air
frais qui peut donc comparer cette pression
avec celle qui règne dans la gaine.
un échauffement du moteur de ce ventilateur, qui a provoqué son arrêt. Il a donc été
décidé de lui donner priorité pour la campagne de maintenance prévue en 2009
avec un retour en usine.
• le bon fonctionnement des niches d’appel
d’urgence et des boutons poussoirs SOS,
CONCLUSION
• les délais effectifs de la diffusion de
l’alerte par la radio d’exploitation et les
sirènes ainsi que les délais de fermeture
des barrières de péage,
Pour un ouvrage tel que le tunnel du Fréjus,
où l’on cherche à éviter les fermetures non
seulement pour des raisons financières mais
plus encore pour offrir le meilleur service
possible à l’usager, l’exploitation des alertes incendie s’avère particulièrement
instructive pour arriver à vérifier le bon
fonctionnement des équipements. Au-delà
des aspects concernant la ventilation qui
ont été développés ci-dessus, la base de
données « temps différé » du système de
supervision permet également d’évaluer :
La Figure 8 présente les mesures des 6
transmetteurs. Les valeurs sont positives à
partir de 18h56 dans tous les cantons et
plus élevées dans les cantons 5 et 6 ou le
soufflage est fixé à 50 % pour contrôler le
courant d’air.
• les performances de la détection automatique d’incident,
Cependant, la mesure est devenue négative dans le canton 6 à 19h04. Cette constatation a conduit à vérifier le fonctionnement
des 2 ventilateurs de l’usine de la plateforme italienne. Il est apparu que l’AF62
avait été invalidé avant l’alerte en raison
d’une opération de maintenance. Le débit
était donc assuré par le seul ventilateur
AF61. Or, l’analyse des alarmes enregistrées par le système de supervision indique
• la cohérence des ouvertures des portes
des abris et des portes d’évacuation vers la
gaine air frais,
• la cohérence des plans de signalisation :
feux rouges avant le lieu de l’incident,
oranges clignotants au-delà, feux flash
clignotants des abris.
Ces analyses permettent à l’exploitant de
mieux connaître le fonctionnement de l’ouvrage, ses limites, ses points faibles, et de
mettre en place les actions correctives utiles.
Ainsi, au regard du coût d’un retour d’expérience technique approfondi, le gain en
matière de sécurité est significatif. ●
s RÉFÉRENCES
[1] Directive 2004/54/CE concernant les exigences de sécurité minimales
applicables aux tunnels du réseau routier transeuropéen
Figure 8 - Différence de pression entre la gaine air frais et le tunnel mesurée en fin de tronçons
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18:51
18:49
18:48
18:47
PA
[2] Article R118-3-2 du code de la voirie routière