Etude expérimentale des explosions de fumées lors d'un incendie dans une enceinte ventilée mécaniquement

Le sujet de recherche concerne l’étude du phénomène d'explosion issue d’un mélange gazeux inflammable généré lors d’un incendie dans un compartiment ventilé. Le scénario d’un incendie dans une enceinte fermée et ventilée mécaniquement est très largement rencontré dans l’industrie nucléaire et doit faire l’objet d’une attention particulière dans l’évaluation des risques. 

Dans certaines conditions, l’appauvrissement en oxygène du local conduit à des extinctions locales ou totales et à une production significative d’hydrocarbures partiellement oxydés dits « imbrulés » (CnHm, CO,…). Ces gaz peuvent se ré-enflammer et conduire à une combustion rapide ou à une explosion de fumées. Les conséquences sont des augmentations de pression importantes, pouvant remettre en cause le confinement dynamique et l’intégrité de l’enceinte et la sûreté de l’installation nucléaire. Les explosions de fumée ont été largement étudiées pour les configurations de ventilation naturelle conduisant au phénomène de « backdraft ». L'originalité et la nouveauté de ce travail reposent sur le mécanisme d’explosion de fumée dans une enceinte ventilée mécaniquement. 

L’objectif de la thèse est d’apporter des éléments de compréhension permettant des simulations réalistes de ces scénarios d’incendie. Différents points seront abordés. Le premier concernera les caractéristiques et notamment l’inflammabilité des mélanges gazeux en jeu. Le second portera sur les mécanismes de mélange entre les espèces combustibles avec le comburant présent dans le local. Enfin le processus d’allumage, d’explosion et de vitesse de flamme sera abordé, ainsi que les conséquences mécaniques induites par l’augmentation de pression. 

Le travail de thèse sera abordé théoriquement et expérimentalement, afin de produire les connaissances nécessaires à la compréhension du phénomène d’explosion des fumées. Des expériences à petite et moyenne échelle seront mises en œuvre soutenues par une analyse théorique en lien avec les besoins des codes de simulations. 

La thèse se déroulera en deux étapes majeures précédées par une phase préliminaire d’étude bibliographique. Une première étape portera sur des expériences analytiques avec des conditions limites maitrisées de caractérisation des phénomènes mis en jeu (production des gaz imbrûlés, mécanisme de mélange avec le comburant, inflammation, vitesse de combustion). 

Cette étape sera réalisée au laboratoire des sciences des risques de l’école des Mines d’Ales. Une seconde partie se concentrera sur les expériences globales à échelle moyenne, permettant d’étudier le phénomène et l’enchainement de l’ensemble du processus avec les étapes de production, mélange, inflammation et combustion.

Cette approche sera réalisée à l’ASNR au laboratoire d’expérimentation des feux (LEF). L’originalité de ce travail repose sur l’interdisciplinarité du sujet entre les flammes de diffusion rencontrées lors d’un incendie et de prémélange lors d’une explosion, la mise en œuvre de dispositifs expérimentaux originaux équipés d’une instrumentation avancée permettant la description des phénomènes rapides et la localisation des mélanges inflammables (visualisation, mesures à champs de type PIV et thermographie infrarouge).