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MASTERE SPECIALISE

TUNNELS et OUVRAGES SOUTERRAINSDe la conception à l’exploitation

Module 5. Équipements et sécurité en phase d’exploitation

Jean-Claude MARTIN – (CETU)

Bloc 2. Les principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers

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INSA Lyon - ENTPE MS TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS 2011-2012

Module 5 Bloc 2 : Principales dispositions d’exploitation et de sécurité pour les tunnels routiers

Ventilation sanitaire et désenfumage

Jean Claude MARTIN (Chargé de mission - CETU)

18 janvier 2012 (14h00 – 15h)

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En tunnel, la ventilation joue deux rôles :

Ventilation sanitaire en exploitation normale

Désenfumage en cas d’incendie

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• Ventilation sanitaire• Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel• Systèmes de ventilation• Désenfumage• Dispositions constructives


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Ventilation sanitaire• Rôle

En exploitation normale, les moteurs à combustion interne des véhicules émettent des polluants qu’il faut évacuerLa seule solution opérationnelle à ce jour est la dilution par apport d’airfrais, pour que les niveaux de pollution restent toujours acceptables àl'intérieur du tunnel. C'est la ventilation sanitaire

Un tunnel est un milieu quasi-confiné.

Les techniques d’épuration de l’air comme la filtration des particules ou le traitement des gaz nocifs sont difficilement envisageablespour les tunnels.

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Niveaux de pollution à respecter à l'intérieur des tun nels, en exploitation normale�circulaire 2000-63 du 25 août 2000 (sécurité des tunnels) en cas de blocage

accidentel : maximum de 150 ppm en CO et de 9.10-3 m-1 en opacité (valeurs ponctuelles)

�circulaire 99.329 du 8 juin 1999 (ministère de la santé)�recommandations CETU


Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter

circulaire 99.329

en moyenne sur la longueur du tunnel :

- CO : seuil à 50 ppm sur toute période de 30 min et à 90 ppm sur toute période de 15 min

- NO2 : seuil à 0.4 ppm sur toute période de 15 min

recommandations Cetu

-mise en application progressive de la circulaire 99.329 pour le NO2

-mise en application immédiate de la circulaire 99.329 pour le CO

- l'opaciténe doit pas dépasser5.10-3 m-1 en tout point du tunnel

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Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter

Valeur limites d'exposition professionnelle (Institut National de Recherche et de Sécurité)

� CO : 50 ppm sur 8 heures (circulaire du 5 mars 1985 du ministère du Travail)

� NO : 25 ppm sur 8 heures (circulaire du 13 mai 1987 du ministère du Travail)

� NO2 : 3 ppm sur 15 minutes (circulaire du 19 juillet 1982 du ministère du Travail)

Ces recommandations sont moins sévères que les seuils imposés aux usagersDoc

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Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement

Le débit de polluant se calcule à partir de :� la nature du trafic : nombre de véhicules, type des véhicules� les conditions de circulation : vitesse, pente…

Les émissions unitaires sont données par le guide du Cetu "Calcul des émissions de polluants des véhicules automobiles en tunnel – avril 2002"

Dimensionner la ventilation sanitaire, c’est calculer le débit d’air frais de dilution nécessaire

Débit d’air frais de dilution nécessaire = (débit de polluant émis par le trafic) / (concentration admissible)

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Grâce au durcissement progressif de la réglementation imposée aux constructeurs de moteurs de véhicules routiers (euro 1, euro 2, euro 3,euro 4), les émissions unitaires baissent de manière continue depuis 1992, date d’introduction des premiers pots catalytiques sur les VL essence.

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Émissions unitaires d’oxydes d’azote par type de véhicule en fonction de la vitesse, sans déclivité

EVOLUTION des EMISSIONS d'OXYDES d'AZOTEentre 1995 et 2020

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1995 2000 2010 2020année

émissions en g/km/véhicule

PL - 20 km/h

PL - 60 km/h

PL - 100 km/h

VL - 20 km/h

VL - 60 km/h

VL - 120 km/h

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A l’heure actuelle, on constate que les besoins en renouvellement de l’air sont déterminés sur la base des critères des oxydes d’azote et de l’opacité, celui du monoxyde d’azote n’étant plus déterminant.

En tunnel urbain, les calculs montrent qu’un ratio de l’ordre de 50 m3/s par km de voie permet de satisfaire ces critères.

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Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande

Le fonctionnement de la ventilation sanitaire est en général automatique, asservi à des capteurs de pollution installés en tunnel.

Des commandes locales, depuis les armoires électriques et des commandes, passées par l’opérateur, depuis le PCC sont aussi possibles.

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Ventilation sanitaire• Rôle • Niveaux de pollution à respecter• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande

Capteurs de pollution se composent :� pour la toxicité, d’analyseurs de CO et, depuis peu, d’analyseurs d’oxydes

d’azote� pour la visibilité, d’opacimètres

Par ailleurs, des anémomètres permettent souvent de connaître les écoulements de l’air en tunnel.

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Forces motrices d’écoulement de l’air en tunnel

• Pistonnement des véhicules

Les véhicules, en roulant, entraînent de l’air dans leur sillage : c'est l'effet de pistonnement.

Ce phénomène est très efficace pour la dilution des polluants dans le cas de tunnels unidirectionnels, mais il n'est pas possible de compter sur lui dans le cas de tunnels bidirectionnels

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• Pistonnement des véhicules • Contre-pressions atmosphériques aux têtes

C'est la différence entre les pressions aux deux têtes d’un tunnel

Cette différence de pression est due aux effets météorologiques :� composante aérodynamique due à l’action locale du vent

sur les têtes� composante barométrique liée aux gradients de pression

à grande échelle

Elle varie en permanenceSon influence sur la valeur et le sens du courant d’air peut être très grande

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• Pistonnement des véhicules • Contre-pressions atmosphériques aux têtes• Forces introduites par la ventilation mécanique

Elles résultent :

� soit d’une poussée appliquée directement sur la masse d’air du tunnel, par exemple grâce à des accélérateurs

� soit des débits d’air forcés soufflés ou extraits en tunnel, par exemple grâce à des galeries d’air frais ou d’air viciéDoc

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Systèmes de ventilation

• Longitudinal

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• Longitudinal

variation de la vitesse d'écoulement de l'air le long du tunnel

variation des concentrations en polluant le long du tunnel

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• Longitudinal • Transversal

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• Longitudinal • Transversal

variation de la vitesse d'écoulement de l'air le long du tunnel (sans extraction)

variation des concentrations en polluant le long du tunnel

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Désenfumage

• Rôle

En cas d'incendie

� dans un premier temps, protéger les usagersdes fumées pour qu’ils puissent évacuer le tunnel

� dans un second temps, permettre l’intervention des services de secours et de lutte contre l’incendie.

c'est la ventilation de désenfumage

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Désenfumage

• Rôle • Comportement des fumées

Influence du courant d’air

Vdéstratification

Vcritique

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Désenfumage

• Rôle • Comportement des fumées

Effet de la pente

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Désenfumage

• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement

Le calcul des débits de désenfumage doit prendre en compte la nature du trafic :� véhicules légers� poids lourds � transports de marchandises dangereuses

Les termes sources se caractérisent par :� charge calorifique en jeu� puissance dégagée� débit et densité des fumées� concentrations en toxiques

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Désenfumage


Incendies de dimensionnement (circulaire 2000-63)

Les incendies de dimensionnement ne sont pas les incendies les pires qui puissent exister, mais :

� le risque d’un incendie supérieur est très faible

� les incendies de dimensionnement permettent de prendre en compte le début d’un incendie supérieur

� choix d’investissement : d’autres mesures sont plus efficaces qu’une amélioration de la ventilation, pour les très gros feux

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Désenfumage


-8 MW2 ou 3 véhicules légersgabarit < 2 m

gabarit > 3.5 m

• sans TMD

• avec TMD

2 m < gabarit < 3.5 m

type de tunnel

80 m3/s

> 300 m3/s

30 MW

200 MW

gros incendie de pl

pl chargé d'hydrocarbures

50 m3/s15 MWun fourgon

débit de fuméespuissance totaledéfinition de l'incendie

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Désenfumage

• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande

La détection d'un incendie peut s'effectuer de différentes manières :� par la surveillance des caméras en tunnel� par l'appel d'un usager (RAU) ou décroché d'extincteur, ouverture

de porte…� par l'alarme des capteurs de pollution� par la détection automatique d'incident (DAI)� par des détecteurs spécifiques d'incendie

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Désenfumage

• Rôle • Comportement des fumées• Facteurs de dimensionnement• Contrôle-commande

L'opérateur de permanence au PCC dispose en général de deux modes de commande :

� la commande d'urgence qui consiste à mettre en œuvre, en fonction du lieu de l'incendie, le scénario préprogrammé de désenfumage

� la reprise de commande éventuelle en manuel, selon les directives des sapeurs-pompiers

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Dispositions constructives

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Coupe verticale station traversée de Toulon

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carneaux d'amenée d'air frais

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Je vous remercie pour votre attention

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