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RÉSUMÉ
Les feux torche sont la conséquence de fuites de fluides inflammables, qui produisent au contact d’une source d’inflammation des jets enflammés à fort pouvoir calorifique. Ces flammes sont potentiellement dévastatrices et risquent par surcroît de propager un incendie. Cet article présente tout d’abord l’analyse des accidents passés utilisés comme source riche d’informations. Le phénomène physique de feu torche est ensuite décrit, avant de détailler les différentes modélisations possibles, visant à le représenter et à en estimer les effets (géométrie de la flamme, intensité des flux radiatifs et convectifs…).
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Guillaume LEROY : Ingénieur – Unité INVE – INERIS
INTRODUCTION
Les feux torche ou feux chalumeau, phénomènes potentiellement dévastateurs en milieu industriel, sont le résultat de fuites accidentelles de fluides inflammables ou d'évacuations intentionnelles de sous-produits par l'intermédiaire de torchères . Les fuites accidentelles proviennent généralement de la rupture d'un raccord ou d'une vanne, ou de la rupture d'une canalisation.
Au contact d'une source d'inflammation, ces fuites produisent des jets enflammés à fort pouvoir calorifique pouvant occasionner de graves avaries sur le reste de l'installation, et donc conduire à la propagation de l'incendie ou provoquer de nouveaux accidents tels que le phénomène de BLEVE (Boiling liquid expanding vapor explosion) de réservoirs.
Afin de se prémunir de tels événements, il est crucial d'estimer les distances d'effets associées à ce type de phénomène. Pour ce faire, des modèles existent dans le domaine des risques technologiques pour évaluer les caractéristiques géométriques d'un jet enflammé comme sa longueur et sa position dans l'espace et de déterminer les flux radiatifs et convectifs émis par cette flamme.
Afin de mieux cerner les risques inhérents aux feux torche et leurs conséquences, l'analyse des accidents passés est une source d'informations riche d'enseignements. Cette analyse permet d'identifier les principales causes et les conséquences de ce type d'accidents. L'accidentologie est décrite dans le paragraphe 2 . Par ailleurs, afin d'estimer les conséquences liées à un feu torche, il est crucial de comprendre la physique du phénomène pour le modéliser. Dans cette optique, le paragraphe 3 est dédié à la description du feu torche, des conditions de déclenchement du phénomène, à son impact sur l'environnement. Enfin, le paragraphe 4 est dédié à la modélisation du phénomène à travers l'énumération d'une liste non-exhaustive de modèles plus ou moins élaborés qui permettent d'évaluer les longueurs de flamme et les distances d'effets associées.
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3. Modélisation des feux torche
Dans le domaine du risque industriel, la modélisation permet de prédire les distances d'effets liées aux phénomènes dangereux tels que le feu torche, et donc d'imposer les distances de sécurité adéquates autour des zones à risque. La modélisation la plus simple consiste à prédire la longueur de flamme pour évaluer son impact convectif sur l'environnement puis d'y associer le modèle de la source ponctuelle afin de déterminer son impact radiatif. Ces modèles simples permettent en un laps de temps très court d'évaluer les distances d'effets liées à un feu torche. Cependant, ils ont le désavantage de dépendre fortement des données expérimentales et restent limités aux types de feux spécifiques étudiés pendant les expérimentations. Par ailleurs, ils ne s'appliquent pas toujours aux grandes échelles.
Les modèles plus élaborés et plus précis consistent à déterminer la géométrie de la flamme et son décollement (modèle de Shell). Ces modèles sont combinés au modèle de la flamme solide pour la détermination des flux radiatifs. Le facteur de vue de la flamme et son inclinaison due aux effets du vent est alors pris en compte pour déterminer les distances d'effets.
Dans un premier temps, les modèles simples permettant d'estimer la longueur d'un feu torche puis dans un second temps les modèles de Shell sont décrits. Enfin, les méthodes de calcul des effets thermiques radiatifs ou convectifs liés au feu torche sont détaillées.
3.1 Modélisation de la géométrie de la flamme
3.1.1 Calcul de la longueur de flamme
Brzustowski [3] [5] propose un critère sur la concentration en combustible. Cette dernière doit être égale à la limite inférieure d'inflammabilité au sommet des flammes de diffusion fortement turbulentes (valables pour les très hauts nombres de Reynolds). Ainsi, en suivant ce critère, la longueur de flamme L pour des jets dominés par la convection forcée peut...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Drysdale - An introduction to fire dynamics. - New York, Wiley (1999).
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(2) - HOLMAN (J.P.) - Heat transfer. - SI : Mc Graw-Hill International Edition (2002).
-
(3) - BRZUSTOWSKI (T.A.) - A new criterion for the lenght of a gaseous turbulent diffusion flame. - Comb. Sci. and Tech., vol. 6, p. 313-319 (1973).
-
(4) - Guide for pressure relieving an depressing systems. - SI : American petroleum institut, API Recommanded Practice (1997).
-
(5) - BRZUSTOWSKI (T.A.) - Predicting radiant heating from flares. - Esso Engineering Research and Development Report, EE 15ER., 71 (1971).
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(6) - ZABETAKIS (M.G.) - Flammability characteristics of combustible gases and vapours. - US Bureau of Mines, Bulletin 627 (1965).
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