Performance en Ingénierie de Sécurité Incendie – Perf-ISI

Le programme de recherche repose sur 6 phases prévisionnelles afin d'améliorer l’utilisation des codes de calculs (Phases 1 à 3) et développer et valider un protocole expérimental de quantification des émissions gazeuses (Phases 4 à 6) :
- Phase 1 - Déterminer expérimentalement les propriétés thermo-physiques des matériaux solides étudiés et nécessaires comme données d’entrée des modèles numériques.
Identification des données nécessaires aux modèles numériques pour le code de calcul envisagé (FDS), quantification du nombre de paramètres et de la plage de fonctionnement visée (combustion, pyrolyse).
- Phase 2 - Caractériser expérimentalement les processus de décomposition thermique, inflammation et propagation de flamme, en identifier les processus clés à petite et moyenne échelles (Phase 1) pour différentes conditions expérimentales. A plus grande échelle, les processus d’inflammation et de propagation de flamme sont étudiés, qu’ils soient co-courant ou à contre-courant, verticaux ou horizontaux. Cette analyse est complétée par les essais grande échelle conduits au sein des installations d’Efectis.
- Phase 3 - Développer les modèles numériques pour en améliorer la capacité de prédiction.
Des modèles de pyrolyse sont développés et validés (Pprime) à échelle croissante, par comparaison des résultats expérimentaux et numériques. Le modèle de pyrolyse validé à toutes les échelles est utilisé afin de mieux décrire les processus de propagation de flamme, avec une optimisation de la description des transferts de chaleur, d’interaction flamme/paroi, de cinétique de combustion, etc.
- Phase 4 - Développer une approche robuste d’analyse des composés gazeux au cours des processus de combustion (échantillonnage et analyse) afin de résoudre les bilans d’espèces, à l’échelle laboratoire (besoin de figer les réactions, de ne pas les condenser, etc.). De plus, un problème majeur reste la qualité du protocole de quantification. Cette étape a pour enjeu de développer un protocole de prélèvement, d’échantillonnage et de mesure fiable, tenant compte de la complexité des composés gazeux à analyser.
- Phase 5 - Développer une méthodologie expérimentale représentative pour représenter les processus d’émissions des composés gazeux au cours des sinistres.
A partir d’une analyse bibliographique et d’essais préliminaires, il s’agit de proposer des dispositifs et protocoles expérimentaux qui puissent permettre de conserver le plus fidèlement possible la cinétique chimique qui serait réellement rencontrée lors d’un sinistre.
- Phase 6 - Améliorer la capacité des modèles à décrire les émissions gazeuses.
Cette dernière étape a pour enjeu d’optimiser les modèles de combustion au sein du code de calcul FDS par Efectis, d’en améliorer la capacité de prédiction des espèces gazeuses. Les approches de type flamelettes développées par Pprime semblent prometteuses et seront investies par les deux partenaires afin de proposer des approches non infiniment rapides.

La démarche multi-échelle expérimentale et numérique permettra de : déterminer les propriétés et données nécessaires à l’initialisation et la validation des modèles numériques ; identifier les processus clés pilotant la réaction au feu des solides et améliorer les modèles numériques en conséquence ; mettre en place et valider un protocole expérimental représentatif afin de quantifier les émissions gazeuses au cours d’un sinistre réel ; améliorer la capacité des modèles numériques à prédire les émissions gazeuses.

Les retombées scientifiques et techniques du LabCom vont être très conséquentes, pour les deux partenaires.
Il va en effet permettre aux deux partenaires le développement de nouvelles expertises et connaissances expérimentales et numériques : nouveaux dispositifs expérimentaux, propriétés des matériaux, étude et caractérisation des interfaces, cinétique non infiniment rapide, analyses chimiques complexes, développement de nouveaux outils numériques, etc.
Les résultats du LabCom vont permettre à la société Efectis d’adresser de nouveaux marchés et de répondre à de nouveaux besoins de ses clients et futurs clients (face aux évolutions règlementaires récentes et au fort développement de l’ISI en France) : améliorer ses compétences en matière de simulations numériques et de protocoles expérimentaux ; développer une offre de service appropriée en ingénierie de la sécurité incendie, avec des collaborateurs des directions ingénierie, expertise, essais, etc. ; conserver son excellence sur les services liés à la sécurité incendie et l’accompagnement de ses clients, en intégrant les nouveautés règlementaires ; couvrir tous les aspects d’une demande d’étude de la sécurité incendie, tant expérimentale, que numérique et règlementaire et ainsi, maintenir sa compétitivité sur ces services ; s’appuyer sur les moyens d’essais du laboratoire Pprime pour développer ses connaissances en comportement au feu des matériaux, produits et systèmes et élargir les applications de ses clients.
Les résultats issus de ce projet de laboratoire commun vont également avoir un impact sur différents acteurs. Efectis est fortement impliqué dans les groupes nationaux, européens et internationaux correspondants, notamment en tenant la présidence du sous-comité ISO en charge des effets du feu sur les personnes et l’environnement, et s’engagera à exposer les résultats de ces travaux de recherche communs dans ces groupes. Cet impact bénéficiera également à l’ensemble de la filière et permettra de développer un cluster de compétences nécessaire également aux partenaires publics concernés (Direction Générale de la Sécurité Civile et de la Gestion des Crises (DGSCGC), Direction de l’Habitat, de l’Urbanisme et des Paysages (DHUP), Direction Générale de la Prévention des Risques (DGPR)).

Les nouvelles connaissances issues du projet seront valorisés dans la réponse à de nouveaux appels à projets et de nouveaux projets collaboratifs nationaux et internationaux : Région Nouvelle Aquitaine, ANR, Bpifrance, Europe, etc. Ils serviront de base à l’élaboration d’un Laboratoire Commun sur Poitiers dans lequel Efectis souhaite investir.

À l’issue du LabCom, les deux partenaires entendent signer un contrat bilatéral de laboratoire commun pour ancrer la mise en commun de leurs compétences et de leur expertise dans le temps. Ce partenariat à long terme repose sur la participation directe d’Efectis (financière, technique et humaine) à des projets de recherche communs. De cette façon, les partenaires ont déjà accepté d’exprimer leur désir d’un partenariat à long terme.

Les nouvelles connaissances issues du projet seront valorisés :en séminaires, colloques nationaux, congrès nationaux et internationaux, revues internationales : publications en revues internationales de rang A, en congrès internationaux, ainsi qu’au sein du RésoFeux

Les évolutions règlementaires récentes conduisent à un fort développement des études d’Ingénierie de Sécurité Incendie en France, lesquelles reposent, dans leur approche performantielle, sur l’utilisation de modèles numériques pour la simulation du développement et du comportement au feu des nouveaux ouvrages et des matériaux innovants. De manière parallèle, suite à l’accident récent de l’usine Lubrizol (2019), le législateur a imposé aux installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE) de déclarer les émissions gazeuses que générerait un sinistre. Les demandes et besoins sont ainsi très conséquents dans différents secteurs d’activités (construction, transport, activité industrielle, etc.), tandis que les verrous scientifiques restent très importants et pluridisciplinaires.
Dans ce contexte, les partenaires Efectis et Institut Pprime, qui collaborent depuis 2016, souhaitent bénéficier de l’effet levier d’un LabCom pour mutualiser leurs compétences et moyens dans le temps afin d’accélérer la réponse à ces besoins. Face aux différents verrous scientifiques, tant expérimentaux que numériques, la feuille de route du LabCom se compose de 6 phases prévisionnelles complémentaires, avec une double finalité :
- Améliorer les codes de calculs utilisés pour les études d’ISI pour mieux décrire les processus de réaction au feu des matériaux (décomposition thermique, inflammation, propagation de flamme, extinction, effluents émis) dans le cas de géométries et d’ensembles de plus en plus complexes, pouvant intégrer des matériaux biosourcés, des batteries ou des panneaux photovoltaïques (Phases 1 à 3).
- Développer et valider un protocole expérimental de quantification des émissions gazeuses représentatif de la réalité des sinistres, puis améliorer la capacité des modèles à décrire ces émissions (Phases 4 à 6).
Il s’agit ainsi par ce projet de :
- Déterminer expérimentalement les propriétés thermo-physiques des matériaux solides étudiés et nécessaires aux modèles numériques.
- Caractériser expérimentalement les processus de décomposition thermique, d’inflammation et de propagation de flamme des solides à échelle croissante.
- A partir de l’identification expérimentale des processus clés, améliorer les modèles numériques pour en augmenter la capacité et la fiabilité de prédiction.
- Développer une approche robuste d’échantillonnage et d’analyse des composés gazeux au cours des processus de combustion.
- Développer une méthodologie expérimentale à l’échelle laboratoire représentative des processus d’émissions des composés gazeux au cours des sinistres réels.
- Améliorer la capacité et la précision des modèles à décrire les émissions gazeuses.
Suite à ce labCom, le souhait des partenaires est d’inscrire cette collaboration de manière pérenne dans le temps (challenges très importants et verrous scientifiques nombreux, donc souhait de développer un laboratoire commun ensuite). En effet, l’acquisition de nouvelles connaissances va permettre à Efectis de développer son expertise, d’enrichir son offre et de gagner de nouvelles parts de marché en France et à l’étranger. Elle va permettre au laboratoire Pprime de développer de nouvelles expertises et de rayonner scientifiquement pour s’inscrire dans un partenariat long. La synergie entre Efectis, en charge des études et des essais de conformité, et l’Institut Pprime en charge de la recherche académique nécessaire, permet alors d’offrir au marché une solution complète et unique, tout en préservant l’indépendance et l’impartialité de l’évaluateur. Les partenaires ont d’ores et déjà actés que leur souhait de partenariat à long termes se déclinera à travers une mutualisation des équipements scientifiques, de ressources humaines et d’expertise, le financement de doctorats et de prochains projets de recherche.