Modélisation du terme source d'incendie : montée en échelle à partir d'essais de comportement au feu vers l'échelle réelle : approche "modèle", "numérique" et "expérimentale"

Le recours a la simulation numerique peut etre precieux pour un investigateur cherchant a evaluer une hypothese dans le cadre de la recherche des causes et circonstances d'un incendie. Pour utiliser cet outil, il est primordial de definir precisement le terme source, c'est-a-dire la quantite d'energie ou de gaz combustibles que le foyer va degager au cours du temps. Il peut etre determine par des essais en echelle reduite ou reelle. La premiere approche est souvent preferee car plus facile a mettre en œuvre et moins couteuse. Dans ce cas, il est ensuite necessaire de transposer les resultats vers l'echelle reelle : pour cela, plusieurs types de modeles ont ete proposes. Les plus complets reposent sur des modeles de pyrolyse, qui decrivent le comportement au feu a partir des reactions chimiques dans la phase condensee. Toutefois, ils ne sont pour l'instant pas murs pour les applications en investigation. C'est pourquoi une autre famille de modeles, dits thermiques, a ete choisie dans l'etude presentee ici. Ces modeles visent a predire le terme source en fonction de la sollicitation thermique uniquement. Les travaux sont divises en deux parties principales, a savoir une caracterisation approfondie des transferts de chaleur au sein d'une flamme et une investigation de leur influence sur la decomposition des materiaux. Pour le premier sujet, l'accent est mis sur les transferts radiatifs car ils jouent un role predominant dans l'entretien de la combustion et la propagation. Le rayonnement des flammes a donc ete caracterise pour plusieurs combustibles (kerosene, gazole, heptane, mousse polyurethane et bois) et de nombreuses tailles de foyer (de 0,3 m a 3,5 m de cote). Les mesures, incluant de l'imagerie visible mais aussi un dispositif d'opacimetrie multispectral et un spectrometre infrarouge, ont permis de decrire la forme et l'emission des flammes. Ces donnees ont ensuite ete utilisees dans un modele (methode de Monte-Carlo) pour predire les flux thermiques recus a differentes positions. Ces predictions reproduisent bien les valeurs mesurees lors des essais, ce qui montre que les principaux phenomenes controlant le rayonnement ont ete identifies et pris en compte, pour toutes les tailles de foyer. Etant donne que l'objectif final est de fournir un outil de simulation complet, il a ete choisi d'evaluer Fire Dynamics Simulator (FDS) afin de determiner si le code permet de decrire correctement ces transferts radiatifs. Ce travail a ete fait grâce aux donnees et connaissances acquises precedemment et montre que le code predit correctement les flux recus. Il a donc ete choisi, pour la suite des travaux, de se reposer sur le modele de rayonnement deja incorpore dans FDS, pour profiter de son couplage avec le reste des modeles utiles a la simulation incendie. Concernant le second theme de l'etude, a savoir l'effet du rayonnement sur la decomposition, un travail experimental a ete mene sur la mousse polyurethane au cone calorimetre, afin de lier la vitesse de perte de masse (MLR, pour Mass loss rate) au flux thermique impose. Ces donnees ont permis de construire un modele predisant le MLR en fonction du temps et de l'eclairement, ce qui represente bien l'approche thermique evoquee precedemment. Des essais a plus grande echelle ont servi a caracteriser la propagation du feu a la surface du combustible mais aussi a l'interieur des echantillons de mousse, en employant differents moyens de mesure (imagerie visible, thermometrie, photogrammetrie). En plus des connaissances acquises, cette etude indique que l'utilisation de donnees obtenues a petite echelle est possible pour predire le comportement au feu a echelle reelle. C'est donc ce qui a ete fait, en modifiant le code source de FDS, pour integrer une approche thermique en utilisant les donnees du modele decrivant le MLR en fonction du temps et de l'eclairement. Les premieres simulations montrent des resultats encourageants, et seront completees par l'etude de geometries plus complexes.