Programme PRISME-FAIR

Le premier axe du programme FAIR vise à mieux comprendre la propagation d’un incendie le long de chemins de câbles, qu’ils soient verticaux ou horizontaux, dans des compartiments confinés et ventilés mécaniquement.

Une première série d’essais à grande échelle a porté sur la propagation du feu le long de chemins de câbles verticaux. Ces essais ont été réalisés en 2025 sur l’installation DIVA, à l’aide d’un chemin de câbles vertical de 6 mètres de long, afin d’étudier à la fois la propagation de l’incendie et ses conséquences dans des locaux confinés ventilés. 

Une seconde série d'essais, également à grande échelle, concerne la propagation d'un incendie sur de longs chemins de câbles horizontaux. Elle vient compléter la campagne menée dans le cadre de PRISME 3 CFP (Cable Fire Propagation), réalisée dans le couloir de l'installation DIVA avec des chemins de câbles horizontaux de 6 mètres.

Ces essais ont montré que l’utilisation de chemins de câbles plus longs est plus adaptée pour éviter tout effet de bord et permet ainsi une validation plus poussée des modèles analytiques. De nouveaux essais utilisant des chemins de câbles de 9 mètres de long seront réalisés en 2026 dans le couloir de l'installation DIVA.

Le projet FAIR s’intéresse également aux effets du vieillissement des câbles électriques, et en particulier des matériaux constituant les gaines (isolant), sur le comportement au feu et la propagation. Deux volets de tests sont proposés :

• Volet 1 : vieillissement naturel

Ce volet vise à analyser le comportement au feu des câbles vieillis naturellement, afin d'obtenir des résultats représentatifs. Le principal défi est de pouvoir collecter, dans le respect des exigences de radioprotection, des câbles appropriés provenant d'installations nucléaires et dont les caractéristiques de résistance au feu sont connues et encadrées par des référentiels normatifs.

• Volet 2 : vieillissement artificiel

Ce volet vise à analyser le comportement au feu des câbles vieillis artificiellement. Ce second volet permet une plus large sélection de câbles mais nécessite de développer des protocoles d'essais de vieillissement accéléré dont les spécifications sont représentatives des conditions de vieillissement naturel dans les installations. Des essais de vieillissement auront lieu en 2026 sur une première sélection de câbles.

Le deuxième axe porte sur l’étude du comportement des incendies dans des environnements chauds et viciés, caractérisés par une faible concentration en oxygène et des températures élevées.

L’objectif est d'analyser l'influence combinée de la raréfaction de l'oxygène et de l'augmentation de la température des gaz, ou flux de chaleur externe, sur le développement du feu ainsi que les conditions d'allumage et d'extinction. 

Pour cela, le programme FAIR s’appuie sur une double approche expérimentale :

• des expériences à grande échelle, destinées à reproduire des scénarios d'incendie réalistes
• des expériences à moyenne échelle, à visée plus analytique, afin d’appuyer la compréhension des résultats d'essais à grande échelle et de contribuer au développement d'une méthodologie de modélisation.

Une première série d'essais réalisée en 2024 comprenait des expériences à grande échelle dans un local mécaniquement ventilé de l'installation DIVA. L'objectif était de reproduire des configurations pour lesquelles les flux de chaleur externes vers les combustibles sont significatifs et peuvent compenser l'effet de la raréfaction de l'oxygène sur le développement des foyers de combustion. Des exemples typiques sont les feux de chemins de câbles ou d’armoires électriques proches du plafond, noyés dans la couche de fumée. 

Fort du retour d’expérience du projet PRISME 2, le projet FAIR propose de mieux comprendre le phénomène d'explosion de fumée, et plus particulièrement les conditions favorisant la formation d'un mélange gazeux prémélangé et celles conduisant aux déflagrations. 

En effet, des phénomènes d’explosions de fumée ont été observés lors d'essais d’incendie de chemins de câbles à grande échelle conduits dans le cadre des expériences PRISME 2. 

Plusieurs déflagrations, caractérisées par des surpressions supérieures à 100 hPa et une propagation rapide des flammes, se sont produites sans modification brutale de la ventilation. 

Par conséquent, les explosions de fumée ne peuvent pas être exclues des analyses de sûreté incendie des installations nucléaires. Il est ainsi prévu de mener des expériences à moyenne échelle plus favorables que les expériences à grande échelle pour caractériser les conditions d'apparition et de développement des déflagrations.

Le troisième axe porte sur la propagation entre plusieurs sources discrètes dans un même environnement, conduisant soit au déplacement du foyer d'incendie dans le compartiment, soit à l'apparition de plusieurs incendies simultanés.

Cette campagne comprendra des expériences à grande échelle réalisées sur la plateforme GALAXIE, en se concentrant à la fois sur des configurations réelles et des scénarios académiques (atmosphère confinée avec l’installation DIVA ou atmosphère ouverte avec l’installation SATURNE). 

Les configurations pratiques porteront sur deux scénarios de propagation du feu :

• la propagation verticale, principalement induite par convection due au mouvement des fumées, 
• la propagation horizontale, principalement induite par le rayonnement de la flamme. 

L'objectif de cette approche est de se concentrer sur les mécanismes physiques impliqués et de proposer des cas académiques pour la validation des codes. 

La source d'incendie sera bien maîtrisée, qu'il s'agisse d'un feu en nappe ou d'un solide homogène dont les caractéristiques thermiques sont connues (flux thermiques critiques et températures d'inflammation). 

La configuration concernera des dispositions de sources simples, telles que des sources alignées horizontalement ou verticalement. Les essais sont prévus pour démarrer fin 2026.

Cet axe permet d’évaluer les conséquences des fumées sur le fonctionnement d'équipements électriques ou électroniques.

L’objectif de cette campagne d’essai est d'étudier la combustion de foyers en hauteur afin de vérifier la validité des logiciels utilisés dans le domaine de l'incendie pour la réalisation d'études en support à l'expertise.

Cinq essais sont réalisés dans le dispositif expérimental DIVA de la plateforme GALAXIE. Ils complètent ceux menés durant les programmes PRISME 1 et PRISME 2 sur le volet de la propagation des fumées d'un local vers d'autres locaux par des ouvertures verticales (portes ouvertes) et horizontale (trémie).

Les essais réalisés dans le cadre de cet axe de recherche visent à évaluer la pertinence de critères utilisés dans les études probabilistes de sûreté, qui permettent d'affirmer ou non, la propagation d'un feu d'une armoire électrique à une autre armoire électrique adjacente. Ces critères sont déterminants pour évaluer les conséquences d'un incendie dans des locaux électriques.

Cette campagne complètera la campagne CFS de PRISME 2, dont l'objet était d'étudier l'effet de la sous-oxygénation sur la propagation d'un feu sur des câbles électriques.

• Prisme source : PRS-DI-D1 

Cet essai met en œuvre une nappe de 0,4 m² de TPH (tetrapropylène hydrogéné) dans un local de 120 m3, ventilé avec un taux de renouvellement de 4,7 h-1 (560 m3/h). Les bouches de soufflage et d’extraction sont situés en partie supérieure du local.

• Prisme Door : PRS-D3 :

Cet essai met en œuvre une nappe de 0,4 m² de TPH (tetr propylène hydrogéné) dans un local de 120 m3 connecté à un local adjacent via une porte ouverte. Chaque local est ventilé avec un taux de renouvellement de 4,7 h-1 (560 m3/h). Les bouches de soufflage et d’extraction sont situés en partie supérieure du local. Des cibles, constituées de tiges en PVC, ont été placés dans le local adjacent. 

Les résultats de deux essais sont accessibles.

Pour ce faire, deux types d’essais ont été réalisés : 

• essais dédiés à l’étude d'un phénomène physique particulier (dits "effets séparés"), tel que les écoulements au niveau d’une porte ouverte
• essais dits globaux qui consistent en des incendies dans une configuration représentative des locaux nucléaires.

Les trois premières campagnes ont été dédiées à l’étude d’effets séparés : 

• PRISME Source pour la caractérisation des foyers
• PRISME Door pour étudier la propagation de la chaleur et de la fumée au travers des portes ouvertes 
• PRISME Leak pour étudier la propagation de la chaleur et de la fumée par des passages (ouverture, fuite au travers d’une porte coupe-feu, gaine traversant le local feu). 

Enfin, la dernière campagne, PRISME Integral, a consisté à réaliser des essais globaux selon divers scénarios accidentels.

Les essais de caractérisation des foyers ont été réalisés en milieu ouvert sous la hotte SATURNE, calorimètre destiné à l’étude de foyers en atmosphère libre et situé sur le site ASNR de Cadarache. Ils consistaient à faire brûler des nappes d’hydrocarbures, des armoires électriques ou des câbles, en déterminant notamment la puissance du feu.

Cinq campagnes expérimentales ont été menées entre début 2006 et mi-2011, comprenant plus de 35 expériences à échelle réelle. 

La campagne PRISME Source a mis en œuvre un seul local ventilé. Elle a reproduit l'effet de la sous-oxygénation, induite par la viciation de l'atmosphère, sur la façon dont évolue la puissance d'un feu d'une nappe d'hydrocarbure en fonction du débit de ventilation. 

Les campagnes expérimentales suivantes ont porté sur l'écoulement de la fumée et des gaz chauds au travers de portes ouvertes entre deux ou trois locaux, de trous d'aération ou des fuites d'une porte coupe-feu. Enfin ont été réalisés les essais dits « intégraux » où toutes les pièces de l'installation ont été utilisées, avec des foyers complexes ainsi que l'activation des systèmes d'extinction d'incendie (notamment des sprinklers) ou des clapets coupe-feu sur la ventilation.

Le programme PRISME a permis de mieux comprendre l'effet de la ventilation sur la puissance d'un feu qui se déclare dans une pièce confinée et ventilée, et notamment sur la durée de l'incendie. 

Selon le taux de renouvellement de la ventilation, le feu peut s'éteindre rapidement en raison de la décroissance de la concentration en oxygène dans le local en feu. Mais les essais de PRISME ont montré qu’un équilibre peut s'établir entre l'air provenant de la bouche de soufflage de la ventilation et la puissance du foyer : le combustible se consume alors lentement et en totalité. Par exemple, le même foyer peut durer 2,5 fois plus longtemps qu'en atmosphère libre dans un local ventilé avec un taux de renouvellement horaire de 4,7. L'apport majeur des évolutions d'un essai de feu sur câbles permet une meilleure compréhension de l'effet de la sous-oxygénation sur l'évolution de la puissance du feu.

Le programme PRISME a aussi permis de quantifier l'effet, sur la propagation des fumées, de la convection « mixte » qui combine la convection forcée créée par la ventilation et la convection naturelle induite par la forte température des fumées. 

La ventilation mécanique de la pièce incendiée peut significativement modifier les écoulements de gaz qui s'établissent naturellement au niveau d'une porte ouverte entre deux locaux. 
Selon le réseau de ventilation, la ventilation mécanique contribue à déséquilibrer les flux entrants et sortant de la pièce incendiée, et à changer la position du plan neutre (hauteur à laquelle les vitesses d'écoulements sont nulles en raison de l'inversion des débits) au niveau de la porte.

Le volume de données collectées pendant ce programme a permis d'évaluer la capacité des logiciels à simuler différents scénarios d'incendie. 
Les nouveaux modèles, notamment de pyrolyse, ont été implantés dans les logiciels des différents partenaires (les logiciels SYLVIA et ISIS pour l’ASNR) et validés grâce aux données expérimentales obtenues au cours de ce programme.
De plus, des intercomparaisons de logiciels ont été organisées par l’ASNR dans le cadre d'un groupe adossé au programme PRISME.
Les différents partenaires ont confronté les résultats de simulations d'incendie aux données expérimentales. Ce groupe a notamment testé et analysé plusieurs « métriques », indicateurs utilisés lors du processus de validation pour évaluer objectivement les écarts entre données expérimentales et résultats de simulation. 

Parmi celles préconisées par les normes, deux métriques se sont révélées complémentaires pour évaluer la capacité des logiciels à simuler un incendie :

• La première métrique évalue la différence relative des résultats numériques et expérimentaux pour des valeurs locales, comme des extremums
• La seconde métrique est la distance euclidienne normalisée qui permet d'évaluer l'écart entre les résultats numériques et expérimentaux sur la durée du feu. Cette métrique se comporte comme une mesure d'erreur globale.