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Stratification thermique et optique d’un
environnement enfumé et interactions eau/fumée
sous aspersion
Activation du sprinkler HP
Les résultats pour un essai sprinkler HP sont présentés dans cette partie (essai #42 du Tableau 4.14). Le sprinkler HP est activé à 420 s sur la nappe de fumée dans le couloir. L’effet de la pulvérisation par sprinkler haute pression apparaît immédiatement. Le milieu est mélangé et la fumée est entraînée dans la zone précédemment libre en partie basse. Les évolutions temporelles de température (Figure 4.24) et de transmittance (Figure 4.25) montrent l’effet de la pulvérisation sur le milieu enfumé. Section 4 Phase aspersion 420 – 720 s (b) Section 4 Figure 4.24 – Évolution des températures dans le couloir pour l’essai avec aspersion par sprinkler haute pression Thermiquement, les températures mesurées en partie haute chutent immédiatement tandis que les températures mesurées en partie basse augmentent. Le champ de température qui présentait un gradient avant aspersion montre une température moyenne de 36 ◦C durant la phase d’aspersion (contre plus de 70 ◦C avant le déclenchement du sprinkler). Cela traduit le brassage de l’environnement gazeux par le spray. De plus, le régime est rapidement stable durant l’aspersion. Une fois le milieu brassé et refroidi par la pulvérisation de l’eau, la température quasi-homogène du milieu gazeux n’évolue plus (elle ne l’est pas tout à fait en section 2). À l’arrêt de l’aspersion, les niveaux de température remontent à leur niveau avant aspersion, c’est-à-dire que les fumées retournent en partie haute et l’air pénètre de nouveau dans le couloir par effet de tirage. Optiquement, l’effet est également bien visible sur les mesures de transmittance avec une chute brutale en section 2 pour toutes les mesures et une chute plus modérée en section 4, principalement visible sur les mesures en partie basse. Cela vient confirmer les observations faites durant l’essai concluant à un milieu entièrement mélangé par le sprinkler haute pression et ce, jusqu’à la section 4. En section 2, la transmittance à 1,6 m atteint moins de 0,35, signe d’une forte atténuation par le milieu composé de gouttes et de fumée. En section 4, le milieu semble homogène en transmittance, autour de 0,8. De même que pour les températures, à la fin de l’aspersion, le milieu se restratifie optiquement. Figure 4.25 – Évolution des transmittances dans le couloir pour l’essai avec aspersion par sprinkler haute pression Les profils de température sont représentés à trois instants différents durant l’aspersion (Figure 4.26). L’homogénéisation de la température est évidente sur les sections 3, 4 et 5 situées en aval de l’aspersion à respectivement 4,5 m, 6,0 m et 7,5 m dans le couloir (soit 1 m, 2,5 m et 4,0 m de l’aspersion. En amont de l’aspersion, sur les sections 1 et 2, la fumée produite par le foyer contribue à conserver des températures plus élevées en partie haute. Le milieu est tout de même brassé puisque la température sous 1,5 m en 1 et sous 2 m en 2 atteint 30 ◦C, température supérieure à la température ambiante de l’air mesurée à 10 ◦C dans cette partie avant aspersion. En sortie de couloir (6), une température proche de l’ambiante est relevée en partie basse. Les forces de flottabilité agissent toujours sur le mélange eau/fumée/air qui reste plus chaud que l’air ambiant. À l’instar des profils de température, les profils de transmittance permettent de mettre en évidence le brassage du milieu gazeux. En section 2, l’environnement reste stratifié optiquement bien que le niveau de transmittance sous 1 m soit réduit par rapport à la mesure avant aspersion. En effet, sous 1 m la transmittance était de 1 alors qu’elle est de moins de 0,7 durant l’aspersion. Il y a donc la présence de gouttes d’eau et/ou de fumée dans la partie basse du couloir. La mesure à 1,8 m (0,45) est inférieure à la mesure à 1,6 m (0,4 voire moins à l’instant t0+600 s). Cela laisse penser que la partie sous 1,6 m est plus affectée par la pulvérisation. En section 4, le milieu mélangé semble plus homogène en gouttes d’eau et en fumée du fait de la transmittance constante d’environ 0,75 sur l’ensemble du profil. Qualitativement, le milieu est sombre, voire noir sur toute la hauteur du couloir (Figure 4.29). La section 4 est difficilement visible depuis le bout du couloir (environ 4 m pour les observateurs) mais il est cependant possible de voir un Bloc Autonome d’Éclairage de Sécurité (BAES) situé à cette distance. Chaque panneau est vu de la même manière, qu’il soit situé à 0,4, 1 ou 1,4 m au-dessus du sol. La Figure 4.29 montre trois photographies prises à trois instants durant l’essai avec aspersion par sprinkler HP. Au fur et à mesure de l’essai, le BAES semble disparaître, à t0+420 s à cause de la présence de fumée et à t0+600 s à cause du mélange fumée et gouttes.
Activation du brouillard d’eau
Un essai brouillard d’eau est présenté (essai #47 du Tableau 4.14). Le brouillard d’eau est activé sur la nappe de fumée à t0+420 s, durant le régime de combustion établi. Les évolutions temporelles de température (Figure 4.30) et de transmittance (Figure 4.31) montrent un effet évident de brassage de l’environnement gazeux. Instantanément, la nappe de fumée est emportée vers le bas et le milieu est complètement mélangé. L’observation de la déstratification est sensiblement la même que pour le sprinkler HP. Figure 4.30 – Évolution des températures dans le couloir pour l’essai avec aspersion par brouillard d’eau D’un point de vue thermique, le milieu est homogénéisé. Les températures mesurées en partie haute sont réduites et le milieu ambiant en partie basse s’échauffe. La température moyenne dans le couloir durant la phase d’aspersion est de 38 ◦C alors qu’en moyenne elle est de 70 ◦C avant aspersion. Le niveau de température augmente légèrement durant la phase d’aspersion. À la fin de l’aspersion, la température remonte à sa valeur initiale. D’un point de vue optique, le milieu est également perturbé par le déclenchement de l’aspersion par brouillard d’eau. En effet, toutes les transmittances chutent juste après le déclenchement du spray. Au niveau de la section 2, la perte de transmittance est d’autant plus marquée que la mesure est haute dans le couloir. Le gradient est donc conservé avec une atténuation comprise entre 30 et 60 %. En section 4, l’ensemble des transmittances est compris entre 0,6 et 0,5. La transmittance évolue durant la phase d’aspersion, elle baisse d’environ 5 à 10 % durant les 5 minutes d’aspersion. À la fin de la phase d’aspersion, les niveaux de transmittance se rétablissent à la valeur mesurée avant aspersion. Les profils de température montrent un milieu thermique homogène dans le couloir (Figure 4.33). Au regard des profils instantanés, la température s’élève très faiblement durant les 5 minutes d’aspersion, en moyenne moins de 5 ◦C. En sortie, la zone plus froide est toujours observée. Cette zone plus froide, tout comme pour l’essai avec sprinkler haute pression est due au fait Figure 4.31 – Évolution des transmittances dans le couloir pour l’essai avec aspersion par brouillard d’eau Figure 4.32 – Photographie du mélange fumée/eau en sortie du couloir s’élevant sous l’effet des forces de flottabilité que la température du milieu est supérieure à la température ambiante, ce qui, sous l’effet des forces de flottabilité entraînent les fumées à s’échapper du couloir en partie haute comme le continuent de s’élever et d’autre part, la fumée paraît blanche (Figure 4.32). Sa couleur indique qu’elle est chargée de gouttelettes d’eau diffusantes. Les profils de transmittance sont du même ordre de grandeur en section 2 et en section 4 (Figure 4.34). La transmittance mesurée durant la phase d’aspersion est de l’ordre de 60 %. En amont de l’aspersion (section 2), la décroissance observée sur la transmittance au cours de l’aspersion est significativement plus élevée que celle observée sur les mesures de température. Le niveau de transmittance perd 5 à 10 % entre le début de l’aspersion et la fin de l’aspersion. Cet effet peut être attribué au fait que le spray crée un écran à la fumée dans le couloir. Ainsi, la fumée s’accumule en amont de l’aspersion bien qu’une partie continue de sortir du couloir (Figure 4.32). L’effet est plus visible sur les transmittances car le rayonnement est fortement atténué par les suies et les gouttes de petite taille. Malgré des niveaux de température similaires entre le sprinkler HP et le brouillard d’eau, le milieu optique semble plus homogène dans le cas de ce dernier. Critère Thermique Optique Position section 2 section 4 section 2 section 4 zint 2,00 m 0,00 m 0,00 m 0,00 m couche inférieure 39 ◦C couche supérieure 74 ◦C 34 ◦C 0,57 0,61 TABLEAU 4.11 – Hauteur d’interface entre les couches supérieure et inférieure pendant la pulvérisation par brouillard d’eau et valeurs moyennes de température et de transmittance pour chaque couche L’évolution de la hauteur d’interface au cours du temps est représentée sur la Figure 4.35. Optiquement, la hauteur d’interface calculée est de 0 en amont (section 2) et en aval (section 4) de l’aspersion (Tableau 4.11). De la même manière que pour le sprinkler HP, une zone plus chaude en partie haute en amont de l’aspersion indique que les fumées continuent d’être produites par la combustion et arrivent dans le couloir. De même que pour les sprinklers BP et HP, la hauteur calculée ne traduit pas l’interface entre une zone libre et la fumée généralement calculée dans les études ISI pour l’évacuation des occupants mais elle délimite une zone de mélange de gouttes et de fumée refroidie par l’injection et une zone supérieure (au-dessus de 2 m) plus chaude, essentiellement composée de fumée. Pour une personne, il ne serait pas possible de se déplacer librement dans cette zone. En moyenne, sur la durée de la phase d’aspersion, la transmittance est quasi-homogène en sections 2 et 4, calculée respectivement à 0,57 et 0,61 (Tableau 4.11). À l’arrêt de l’aspersion, le retour à la hauteur d’interface initiale (avant aspersion) est progressif. En effet, le milieu se restratifie au bout de 2 minutes. Le Bloc Autonome d’Éclairage de Sécurité (BAES) installé à 1,4 m du sol au niveau de la section 4 permet d’avoir une vision qualitative de la perte de visibilité induite par la fumée. L’observateur est placé 1 m en retrait du couloir, à 4 m du bloc. On peut voir sur la photographie du BAES prise pendant l’essai de brouillard à trois instants différents sur la Figure 4.36 : – t0, au départ du feu, la fumée n’est pas encore dans le couloir et le BAES est visible.
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