Etude expérimentale et numérique d’un incendie en tunnel en phase de construction

En phase de chantier un tunnel est souvent creusé à partir d’un puits, par lequel un tunnelier est mis en place au niveau de la galerie à creuser et avance progressivement sur une longueur allant parfois jusque plusieurs kilomètres. En cas d’incendie pendant cette phase, plusieurs spécificités rendent la gestion du feu et des fumées différente d’un cas de tunnel en phase d’exploitation. La ventilation est généralement arrêtée lorsque le sinistre est détecté. Largement étudiés pour les tunnels en phase d’exploitation, ces problèmes sont beaucoup moins documentés en phase de chantier. Nous avons réalisé une étude de la dynamique du feu et des fumées en partenariat avec la Société du Grand Paris dans le cadre des travaux réalisés sur le projet Grand Paris Express. Nous avons conçu pour cela une maquette et analysé les résultats de simulations numériques réalisées à l’aide du code spécialisé Fire Dynamics Simulator (FDS). Nous avons considéré un tronçon de galerie horizontale, fermée d’un côté et ouverte de l’autre sur un espace représentant son puits de descente. Le feu et les fumées sont produits par un foyer de type bac d’heptane, dont on mesure la perte en masse de combustible pour accéder à la puissance du feu. Le champ de température est reconstruit dans la galerie et le puits grâce à des thermocouples répartis sur des perches verticales implantées sur sept positions longitudinales, permettant d’analyser la position des fumées et leur évacuation. La puissance du foyer et sa position par rapport à la sortie sont des paramètres importants dont l’influence a été analysée. Les résultats sont transposables en vraie grandeur avec l’application des règles de similitude. Dans la configuration géométrique considérée en vraie grandeur (galerie de diamètre 8,70m, longueur 500m, puits de descente cubique de côté égal à 30m), nous observons par exemple que la puissance maximale du foyer ne dépasse pas 10 MW en raison de la sous-oxygénation. Il existe en aval du foyer une hauteur libre de fumées de l’ordre de 40 % de la hauteur totale du tunnel avec une couche de retour depuis la sortie qui alimente partiellement le foyer en oxygène. Les fumées s’évacuent du côté du puits de descente sous la forme d’un panache déversant, qui laisse libre de fumées le côté du puits opposé au tunnel. Cette évacuation des fumées est cruciale pour l’accès des secours en cas de problème. Nous avons également étudié l’effet du vent sur le panache de fumées en sortie de puits. Un vent, même modéré avec une vitesse moyenne de 16km/h, soufflant horizontalement au-dessus du tunnel, perturbe significativement le régime d’écoulement, provoquant une recirculation des fumées dans le puits et le remplissage des zones initialement non enfumées. L’article complet proposera une description de la maquette et de sa métrologie, la configuration des calculs sous FDS, leur validation par comparaison avec les données expérimentales et un ensemble de résultats représentatifs de la dynamique du foyer et des fumées : puissances dégagées et champs de température, de vitesses et de concentrations.