Calculs_flux_thermiques_Prisma_-_tunnel_degraissage

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PRISMA
Installations Classées pour la Protection de l'Environnement
Calculs des flux thermiques
Réf. : IC-1387
SOMMAIRE
I.
OBJECTIF ..................................................................................................................................... 2
II.
CALCUL DE FLUX THERMIQUES – CORRELATION DE THOMAS .................................................... 2
A1)
2)
3)
4)
B-
Méthodologie ........................................................................................................................... 2
Principe................................................................................................................................ 2
Evolution de l'incendie ........................................................................................................ 4
Montée rapide de la température ambiante.......................................................................... 4
Géométrie de la flamme ...................................................................................................... 5
Calcul des distances d'effet ..................................................................................................... 7
1) Définitions ........................................................................................................................... 7
2) Valeurs de référence ............................................................................................................ 8
C1)
2)
Application au tunnel de dégraissage ..................................................................................... 9
Caractéristiques ................................................................................................................... 9
Evaluation des flux thermiques ......................................................................................... 10
D- Conclusion ............................................................................................................................. 11
Etude réalisée par INDUSTRIE ENVIRONNEMENT SECURITE
2013
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PRISMA
Réf. : IC-1387
I. OBJECTIF
Suite à l’instruction du dossier de demande d’autorisation d’exploiter de la société Prisma, déposé en
janvier 2013, l’Inspecteur des Installations Classées souhaite que des calculs de flux thermiques soient
réalisés pour le scénario n°52 de l’étude des dangers - incendie au niveau du tunnel de dégraissage.
Afin de répondre aux attentes de l’Administration, une étude de calcul de flux thermiques est donc
menée parallèlement à l’étude des dangers déjà déposée.
Le logiciel Flumilog ayant été développé pour les études de flux thermiques d’entrepôts, ce logiciel
n’est pas adapté à la présente étude.
Le calcul de flux thermique est donc réalisé par l’intermédiaire de la corrélation de Thomas (hauteur
de flamme).
II. CALCUL DE FLUX THERMIQUES – CORRELATION DE THOMAS
A- Méthodologie
La méthodologie utilisée s'appuie sur le guide de l'INERIS "Méthodes pour l'évaluation et la
prévention des risques accidentels" – feux de nappe – Octobre 2002.
Le domaine d'application peut être étendu aux liquides ou aux solides fusibles stockés à l'intérieur de
bâtiments, dans les entrepôts par exemple.
1) Principe
Le schéma présenté en page suivante illustre la méthodologie de la présente étude.
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PRISMA
Réf. : IC-1387
GÉOMÉTRIE DE L'INSTALLATION EN FEU
CARACTÉRISTIQUES DU COMBUSTIBLE
Réservoirs ou couronnes
diamètre D (m), hauteur h (m)
Masse volumique (kg/m 3 )
Vitesse de régression (m/s)
Flux initial émis par des flammes (kW/m2 )
Cuvette de rétention
Surface (m 2 ), périmètre (m)
Surface du (des) bac(s) associé(s)
Entrepôt de stockage
Surface (m²), périmètre (m) des stocks
Calcul de la hauteur de flamme par la formule de THOMAS
Calcul du facteur de forme F
Calcul du facteur d'atténuation dans l'air
Flux reçus par la cible
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3
PRISMA
Réf. : IC-1387
2) Evolution de l'incendie
Le développement et la propagation d'un incendie sont généralement influencés par plusieurs
paramètres dont :
-
la quantité de matière combustible présente,
-
le degré d'inflammabilité des matériaux entreposés,
-
la forme physique des matériaux : plus le rapport surface/volume du matériau est élevé, plus
l'inflammabilité et la vitesse de propagation sont importantes,
-
le mode de stockage des matériaux : la compartimentation est un moyen efficace d'éviter qu'un
feu ne se propage. Il s'agit de séparer les différents éléments que l'on veut protéger. La
séparation est réalisée par deux types de compartimentation :
 fragmentation des grands espaces en cellules indépendantes : séparation par
l'espace,
 séparation des lieux accueillant des risques spécifiques et importants du reste de
"l'unité" : séparation par des murs.
-
Le temps d’intervention des secours privés et publics et les moyens d’extinction mis à leur
disposition,
-
la ventilation et la circulation des gaz chauds : la propagation d'un incendie est liée à
l'alimentation en air frais et à l'évacuation des gaz de combustion. Une évacuation efficace des
gaz de combustion permettra de limiter la propagation du feu.
3) Montée rapide de la température ambiante
Les températures atteintes au cours d'un incendie sont essentiellement fonction du temps et du débit
calorifique (variant avec le potentiel calorifique et surtout avec la possibilité de renouvellement de
l'air).
Le mécanisme de l'incendie étant complexe, il est difficile de connaître exactement les températures
atteintes et les différentes phases réelles du développement. La norme internationale ISO 834 propose
une courbe conventionnelle température/temps standard indépendante du local et de la charge
d'incendie.
Il s'agit d'une fonction logarithmique du temps, constamment croissante :
 - 0 = 345 log (8t + 1)
avec
t = temps en minute
 = température à l'instant t en °C
0 = température initiale en °C
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PRISMA
Réf. : IC-1387
Le graphique ci-dessous présente la relative "t°/temps" lors d'un incendie dans un bâtiment.
La courbe "température/temps" montre que la température de 700 °C est atteinte au bout d'un quart
d'heure, cette température pouvant s'élever aux alentours de 1000 °C.
Néanmoins, elle n'exprime pas la phase de refroidissement et d'extinction qui suit et termine l'incendie.
Courbe ISO
- 
(°C)
0
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
50
100
150
200
250
300
350
t (min)
Courbe conventionnelle température/temps
Pour un incendie en extérieur, la température monte moins rapidement compte tenu de l'absence de
murs qui piègent la chaleur.
4) Géométrie de la flamme

Détermination de la hauteur de flamme
La hauteur de flamme est généralement calculée à partir de la corrélation de THOMAS et du diamètre
aéraulique du bâtiment. Cette corrélation est valable pour les feux libres.
L = Deq x 42
avec
m
air g. D
0,61
L = hauteur de flamme (m)
Deq = diamètre équivalent (m)
m = taux de combustion massique (kg/s/m²)
air = masse volumique de l'air ambiant = 1,22 kg/m3 à 20°C
g = accélération de la pesanteur = 9,81 m/s²
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PRISMA

Réf. : IC-1387
Détermination du diamètre équivalent
Si longueur zone / largeur zone < 2 :
Deq = 4S/P
avec :
S = surface (m²)
P = périmètre (m)
Si longueur zone / largeur zone > 2 :
Deq = largeur

Détermination du taux de combustion
m=xv
avec :

m = taux de combustion (kg/m²/s)
 = masse volumique (kg/m3)
v = vitesse de combustion (m/s)
Facteur d’ajustement
Source : Laboratoire du feu et de l’environnement, CNPP, Rapport d’étude CR 06 7040 – Avril 2006
L’INERIS limite la hauteur de flamme à 3 fois la hauteur du bâtiment.
Le Centre National de Prévention et de Protection (CNPP) préconise de définir une limitation
progressive de cette hauteur.
La corrélation de THOMAS est valable pour les feux à moyenne échelle en extérieur, mais n’est pas
directement applicable pour les incendies de bâtiment. Il a en effet été constaté que la hauteur des
flammes d’incendie industriel ne dépend pas uniquement du produit en feu et de la surface du foyer,
mais aussi directement de la ventilation du foyer : alimentation en air frais et évacuation des fumées.
La ventilation d’un incendie de bâtiment dépend donc essentiellement des dispositions constructives.
Une toiture en fibrociment favorisera un incendie de faible intensité (éclatement de la toiture et
évacuation des fumées).
La présence de murs coupe-feu (et stables au feu) aura les mêmes conséquences (toiture fragilisée et
ventilation du foyer).
Afin de faire tendre la hauteur de flamme calculée par la méthode de THOMAS vers des valeurs
réalistes constatées lors d’incendies, le CNPP a établi une corrélation basée sur des considérations
aérauliques. Ainsi, selon les dispositions constructives d’un bâtiment, l’aération du foyer se réalise
plus ou moins bien. Ce phénomène est l’une des causes principales de la diminution constatée de la
hauteur de flamme par rapport aux valeurs attendues par les corrélations théoriques.
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PRISMA
Réf. : IC-1387
Le tableau ci-après présente les facteurs d’ajustement en fonction des caractéristiques constructives :
Murs
Coupe-feu
Bardage double peau avec isolation
Bardage simple
Toiture
Pare-flamme
Bacs acier avec isolation
Bac acier
Bacs acier avec isolation
Bac acier
Fibrociment
Bac acier
Fibrociment
Facteur d’ajustement
35 à 45%
25 à 35%
15 à 25%
Le tunnel de dégraissage est constitué de bac acier. Le facteur minimal d’ajustement de la hauteur
de flamme est donc de 15%.
B- Calcul des distances d'effet
1) Définitions
Sont retenues les définitions suivantes de l'INERIS :
 Effet domino :
Le terme d'effet domino se rapporte à l'action d'un phénomène accidentel affectant une ou plusieurs
installations d'un établissement qui pourraient déclencher un phénomène accidentel sur un
établissement voisin, conduisant à une aggravation générale des conséquences.
 Synergie d'accidents :
Pour les interactions entre installations d'un même établissement, est retenu le terme de synergie
d'accidents.
 Bâtiment agresseur :
Zone à l'origine de la source d'agression.
Elle peut être interne ou externe au site.
 Bâtiment agressé :
Cible potentielle touchée par les effets de la source d'agression.
Elle peut être interne ou externe au site.
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PRISMA
Réf. : IC-1387
2) Valeurs de référence
Les valeurs de référence sont fixées par l'article 9 de l'arrêté du 29 septembre 2005 et sont les
suivantes :
En kW/m²
Effets sur les structures
5
Seuil des destructions significatives des vitres
8
200
Seuil des effets domino et dégâts graves sur les structures
Seuil d'exposition prolongée des structures et dégâts très graves sur les structures, hors
structures béton
Seuil de tenue du béton pendant plusieurs heures et seuil de dégâts très graves sur les
structures béton
Seuil de ruine du béton en quelques dizaines de minutes
En kW/m²
Effets sur l’Homme
16
20
3
5
8
Seuil des effets irréversibles délimitant la «zone de dangers significatifs pour la vie
humaine»
Seuil des effets létaux délimitant la «zone des dangers graves pour la vie humaine»
(art.L.515-16 du Code de l'Environnement)
Seuil des effets létaux significatifs délimitant la «zone des dangers très graves pour la vie
humaine» (art.L.515-16 du Code de l'Environnement)
Sont déterminés dans le présent rapport les flux de 8, 5 et 3 kW/m².

Calcul de flux thermique
 = o x Fv x 
 = flux reçu par une cible (kW/m²)
o = pouvoir émissif de la flamme (kW/m²)
Fv = facteur de vue (-)
 = facteur de transmissivité atmosphérique (-)
avec

Pouvoir émissif de la flamme
Selon le CNPP (Centre National de Prévention et de Protection), l'émittance des flammes varie
généralement de 30 à 40 kW/m².
Cependant, pour des flux bâtimentaires, les 40 kW/m² sont certainement trop forts.
Le CNPP indique également que pour des flux très fumigènes, l'émittance de la flamme est comprise
entre 20 et 30 kW/m².
Il a été considéré que l’incendie du tunnel de dégraissage était relativement peu fumigène.
Pour le scénario n°52, l'émittance de la flamme retenue pour le calcul sera donc de 30 kW/m².
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
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Facteur de transmissivité atmosphérique
Le facteur de transmissivité atmosphérique (corrélation de Brzutowski et Sommer) traduit le fait que
les radiations émises sont en partie absorbées par l'air présent entre la surface radiante et la cible.
 = 0,79 x (100/x)1/16 x (30,5/r)1/16
avec
x = distance de la cible à la source (m)
r = taux d'humidité relative de l'air (%)
Pour les calculs, une humidité moyenne de l'air de 70 % a été retenue.

Facteur de vue
Etant donné que le rayonnement émis par les flammes est indépendant de la direction, il apparaît que
le facteur de vue n'est autre que l'angle solide sous lequel la cible, considérée ponctuelle, voit les
flammes.
Le flux thermique reçu par une cible située face à un mur de flamme varie selon leur éloignement et la
distance entre l'extrémité latérale du mur de flamme et la perpendiculaire au point de la cible.
Le flux thermique est maximal au niveau de la médiatrice du mur de flamme, et minimal aux
extrémités latérales.
C- Application au tunnel de dégraissage
1) Caractéristiques
 Nature des produits mis en œuvre
Le produit utilisé au niveau du tunnel de dégraissage est le Neutrapon. Il s’agit d’une préparation
aqueuse qui ne présente pas de point éclair jusqu’à 100 °C, selon la Fiche de Données de Sécurité du
produit.
Cependant, la préparation contient :
-
entre 1 et 5 % d’alcool (éther butylique),
-
entre 1 et 5 % d’amine de coco éthoxylée,
-
entre 5 et 15 % d’agents de surface non ionique.
Ces composants peuvent être considérés comme combustibles.
Le volume maximal de Neutrapon pouvant être mis en œuvre dans le tunnel est de 8,78 m3. Compte
tenu qu’au maximum 25% de ce volume peut être considéré comme combustible, la quantité de
combustible disponible est alors de 2,195 m3.
 Détermination du taux de combustion
En l’absence de taux de combustion disponibles dans la littérature pour les composants listés cidessus, les 25% du Neutrapon considérés comme combustibles sont assimilés à de l’alcool.
Ainsi, le calcul de flux thermique est réalisé à partir du taux de combustion de l’éthanol (alcool dont le
taux de combustion est connu), de formule chimique C2H5OH.
Les produits de combustion sont principalement du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau.
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Réf. : IC-1387
Le reste du Neutrapon est assimilé à de l’eau (préparation aqueuse), dont le taux de combustion est
nul.
Le taux de combustion de l’éthanol est de 15 g/m²/s (selon BABRAUKAS).
Les longerons passant dans le tunnel sont de 2 types :
-
longerons de 4 mètres, dont le poids minimal est de 47,6 kg (4,5 mm d’épaisseur),
-
longerons de 12 mètres, dont le poids minimal est de 236,76 kg (7 mm d’épaisseur).
Ces matériaux sont des matières métalliques et ne présentent aucun taux de combustion.
A noter que la cabine de dégraissage est presque exclusivement constituée de pièces et parties
métalliques ne présentant aucun taux de combustion.
Le taux de combustion global est déterminé à partir des pourcentages massiques du stockage et des
taux de combustion associés à chaque produit. Le tableau ci-dessous présente ce taux de combustion :
Matériaux
Taux de combustion (g/m²/s)
Pourcentage
massique
Taux de combustion résultant
(g/m²/s)
Eau
0
75 %
0
Partie combustible
assimilée à l’éthanol
15
25 %
3,75
Total
3,75
2) Evaluation des flux thermiques
 Données du calcul
Le tunnel de dégraissage présente les caractéristiques suivantes :
-
longueur : 7 mètres,
-
largeur : 3 mètres.
 Présentation des résultats
Les résultats sont présentés dans le tableau suivant :
Stockage
Longueur (en m)
Largeur (en m)
Flux
5 kW/m²
2,53
1,62
3 kW/m²
4,05
2,7
8 kW/m²
0
0
La représentation graphique de ces flux est donnée ci-après.
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Réf. : IC-1387
 Interprétation
La nature des matériaux concernés par un incendie au niveau du tunnel de dégraissage n’est pas de
nature à engendrer des flux de 8 kW/m².
Le flux de 5 kW/m² touche le poste de la grenailleuse, pour laquelle une dégradation de l’équipement
peut être redoutée.
Le flux de 3 kW/m² touche également la grenailleuse, ainsi que la ligne de transport des longerons.
D- Conclusion
Aucun effet domino ni synergie d’accident n’est à redouter en cas d’incendie au niveau du tunnel de
dégraissage.
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