Pour réaliser la simulation de scénarios de propagation du feu à l'intérieur d'un bâtiment, plusieurs étapes sont nécessaires :
- Identifier le terme source de l'incendie : cette étude vise à fournir tout à la fois l'énergie liée au combustible et la cinétique de l’incendie. Cette étude peut être réalisée au moyen d’essais ou de modèles.
- Identifier les zones où le risque d'initiation du feu est le plus important ;
- Modéliser le développement de l'incendie.
Pour réaliser cette dernière étape, l'INERIS peut mettre en œuvre des codes à zones aussi bien que des codes à champs. Le plus utilisé de ces outils est le code à champs FDS (Fire Dynamic Simulator) qui a été développé par le NIST (National Institute of Standards and Technology).Il permet de simuler un écoulement réactif à faible nombre de Mach, donc peu compressible, dont l’établissement est piloté par des phénomènes thermiques. Il nécessite la résolution des équations de Navier Stokes couplées à des modèles chimiques et thermiques. Le code de calcul considère un domaine 3D et intègre un modèle de combustion, des modèles d’échange de chaleur (radiation, convection conduction) et des modèles de turbulence (L.E.S : Large Eddy Simulation ou D.N.S : Direct Numerical Simulation).
FDS est principalement utilisé pour les incendies à moyenne et grande échelles qui nécessitent l’utilisation du modèle L.E.S. Les phénomènes physiques que FDS peut simuler sont triés en 4 classes :
- Les phénomènes fluides, représentés par le modèle hydrodynamique,
- Les phénomènes chimiques, représentés par le modèle de combustion adapté au modèle de turbulence choisi,
- Les phénomènes thermiques, représentés par un ensemble de modèles thermiques,
- Les actions et évènements externes, dont chacun est représenté par un modèle spécifique.
Le domaine de simulation est un espace 3D contenant principalement un mélange gazeux. Il s’agit principalement d’un mélange d’air et de produits de combustion. Certaines zones de l’espace peuvent être occupées par des objets solides. La problématique principale est la détermination des mouvements de cette partie gazeuse et des échanges énergétiques au sein même de ce gaz mais aussi avec les obstacles. Le point central de la simulation est la résolution des équations de conservation généralement appelées équations de Navier-Stokes pour un domaine fluide. Ceci comprend les équations de conservation de la masse, des espèces chimiques, de la quantité de mouvement et de l’énergie. La fermeture est effectuée par une équation d’état : la relation des gaz parfaits appliquée à un mélange. Les figures 1 et 2 présentent un exemple d'application de cet outil.
