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les repres

Guide des dossiers de scurit des tunnels routiersFascicule 4 Les tudes spcifiques des dangers (ESD)Septembre 2003

Le Guide des dossiers de scurit des tunnels routiersPour chaque tunnel du rseau routier national dune longueur suprieure 300 mtres, un dossier de scurit doit tre tabli et soumis au prfet qui saisit, pour avis, le comit dvaluation de la scurit des tunnels routiers (CESTR). Tous les acteurs ayant une responsabilit dans la scurit du tunnel (matre douvrage, exploitant, services dintervention et de secours, prfecture) doivent participer llaboration de ce dossier qui, une fois constitu, contient notamment les lments fondateurs de lexploitation de louvrage en toutes circonstances. Cest lintention de tous ces services et aussi des matres duvre et des bureaux dtudes que le guide des dossiers de scurit 1 est rdig. Le document introductif Finalits du dossier de scurit est paru en mars 2003. Sa lecture est recommande toutes les personnes qui souhaitent comprendre le sens gnral de la dmarche prconise et larticulation des diffrentes pices constitutives du dossier de scurit. Le guide des dossiers de scurit, dont le document qui vient dtre cit constitue en quelque sorte le fascicule 0, comprend les cinq fascicules suivants, parus ou paratre en 2003 et 2004 : fascicule 1 : Modalits dlaboration du dossier de scurit; fascicule 2 : Tunnels en exploitation de ltat des lieux ltat de rfrence (juin 2003) ; fascicule 3 : Les tudes des risques lis au transport des marchandises dangereuses; fascicule 4 : Les tudes spcifiques des dangers (ESD) (septembre 2003) ; fascicule 5 : Le plan dintervention et de scurit (PIS).

Contexte rglementaire La circulaire interministrielle n 2000 -63 du 25 aot 2000, relative la scurit dans les tunnels du rseau routier national, prescrit au matre douvrage (en association avec lexploitant pour les tunnels en service) ltablissement dun dossier de scurit pour tous les tunnels dune longueur suprieure 300 m. La circulaire n 2000 - 82 du 30 novembre 2000 a complt la circulaire n 2000 - 63 en ce qui concerne la circulation des vhicules transportant des marchandises dangereuses dans les tunnels routiers du rseau national. Le dcret dapplication aux tunnels routiers de la loi du 3 janvier 2002 relative la scurit des infrastructures et sytmes de transport, actuellement en prparation, devrait confirmer ce dispositif et ltendre tous les ouvrages des collectivits locales dune longueur suprieure 300 mtres.

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Ce guide remplace de manire plus complte le document intitul : Les tudes Spcifiques des Dangers (ESD) pour les tunnels du rseau routier, guide mthodologique, version provisoire, paru en juillet 2001.

Fascicule 4 Les tudes spcifiques des dangers (ESD) IntroductionLtude spcifique des dangers (ESD) prend en compte le tunnel comme un systme global, constitu par les usagers, louvrage lui-mme avec ses quipements et son environnement, lexploitant et les services dintervention et de secours. Cest une pice matresse du dossier de scurit, quelle que soit ltape concerne (tunnel en projet ou mettre en service, tunnel en exploitation). La partie A du fascicule explique le rle de lESD dans le dossier de scurit et donne au matre douvrage quelques conseils de porte gnrale. La partie B du fascicule prsente chapitre par chapitre le contenu de lESD et la mthodologie dtude recommande. Laccent est mis particulirement sur le choix des scnarios (chapitre B.3). Enfin, dans les annexes, les personnes charges du pilotage ou de la ralisation de lESD, notamment les bureaux dtudes, trouveront des recommandations pratiques et des valeurs standardises de certains paramtres.

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Partie A - Le rle de ltude spcifique des dangers dans le dossier de scuritLannexe 1 de la circulaire n2000-63 du 25 aot 2000 impose pour tous les tunnels dune longueur suprieure 300 mtres (en projet, mettre en service ou en exploitation), que le dossier de scurit contienne une tude spcifique des dangers (ESD). Selon les termes de la circulaire, cette tude : dcrit les accidents, quelle que soit leur origine, susceptibles de se produire en phase d'exploitation ainsi que la nature et l'importance de leurs consquences ventuelles; prcise et justifie les mesures propres rduire la probabilit que ces accidents surviennent et leurs consquences.

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Nature de ltudeLlaboration dun projet de tunnel, de mme que la vrification dun ouvrage en exploitation, sont menes composant par composant, mme si bien sr, les interactions entre composants sont tudies. Par rapport ces dmarches principalement sectorielles et techniques, lESD est une dmarche transversale qui prend en compte le tunnel comme un systme global constitu par les usagers, louvrage lui - mme avec ses quipements et son environnement, lexploitant et les services dintervention et de secours. Elle se fonde explicitement sur ltude des enchanements dvnements susceptibles de provoquer des dommages graves aux personnes. Ltude se droule selon le plan suivant (dcrit et comment dans la partie B): Chapitre 1 : prsentation du tunnel et de son environnement ; Chapitre 2 : description fonctionnelle du tunnel ; Chapitre 3 : identification des dangers et choix des scnarios ; Chapitre 4 : tude de scnarios ; Chapitre 5 : synthse.

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Partie A - Le rle de ltude spcifique des dangers dans le dossier de scurit Place de ltude dans le dossier de scuritLESD est une pice matresse du dossier de scurit. Elle se fonde sur ltat de rfrence du tunnel et peut conduire lui apporter des amliorations. Elle fournit des lments pour ltablissement des documents dexploitation.

Pour un tunnel nouveau, ltat de rfrence technique et organisationnel est celui projet pour louverture la circulation. Au stade du POA (ou APOA), un certain nombre dquipements peuvent tre dfinis dans leurs principes, mais pas ncessairement dans leurs modalits effectives de mise en oeuvre. La situation est semblable en ce qui concerne lorganisation de lexploitation et des secours (internes et externes). Mme si le fonctionnement du tunnel et de son exploitation restent pour cette raison, en partie, au niveau des principes, lESD doit traiter de manire cohrente et exhaustive lensemble des aspects de la scurit afin de fournir les bases dun rfrentiel en matire de scurit (celui qui sera vis loccasion de louverture la circulation et ultrieurement en exploitation). Elle doit tout particulirement examiner limpact sur la scurit des ventuelles diffrences par rapport linstruction technique et des dispositions destines les compenser. Au stade de louverture la circulation, par rapport au dossier de scurit tabli pour le stade antrieur 1 et qui a fait lobjet dun avis du comit dvaluation et du Prfet, lESD peut faire lobjet dune mise jour pour tenir compte des prcisions apportes et des volutions intervenues depuis lors (prvisions de trafic, dispositions de scurit effectivement mises en oeuvre, etc.). Elle doit en outre faire la preuve que les principes noncs dans la prcdente ESD ont effectivement t appliqus. Pour un tunnel en exploitation la date de signature de la circulaire, toutes les donnes concernant le tunnel et son exploitation sont disponibles, ainsi que le retour dexprience depuis la mise en service. Le fascicule 2 Tunnels en exploitation de ltat des lieux ltat de rfrence fournit des indications pour procder ltat des lieux et dfinir le programme damlioration technique et organisationnel qui, une fois mis en uvre, permet datteindre ltat de rfrence. LESD se fonde sur cet tat de rfrence et vrifie en particulier si les diffrences par rapport linstruction technique 2, ventuellement accompagnes de dispositions compensatoires, restent acceptables.

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Sauf cas transitoires qui ne devraient plus exister pour les tunnels du rseau national. Linstruction technique du 25 aot 2000 nest strictement applicable quaux ouvrages nouveaux.

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Le rle de ltude spcifique des dangers dans le dossier de scurit - Place de ltude dans le dossier de scurit

Les lments tirs de lESD permettent: le cas chant, de suggrer des amliorations de ltat de rfrence, voire mme, de faon exceptionnelle, de remettre en cause les options prises; dans tous les cas, de disposer dlments de base pour ltablissement par lexploitant des consignes dexploitation (et notamment les conditions minimales dexploitation) et, en liaison avec les services de secours, des plans dintervention et de scurit (PIS) 3 (voir fascicule 5).

La dfinition des conditions prcises dexploitation et dintervention tire profit de lESD, mais nen fait pas partie ; elle relve des documents dexploitation (consignes, PIS, etc.).

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Partie A - Le rle de ltude spcifique des dangers dans le dossier de scurit Recommandations aux matres douvrage et aux exploitantsLa ralisation de lESD est en gnral sous-traite des bureaux dtudes spcialiss dans le domaine des tudes des dangers. Le matre douvrage et lexploitant doivent cependant tre trs impliqus dans la dmarche pour que celle -ci produise tous ses fruits.

3.1. Le matre douvrage et lexploitant doivent simpliquer fortementLe matre douvrage (et lexploitant dans le cas dun tunnel mettre en service ou dun tunnel en exploitation) doit simpliquer fortement dans la dmarche: pour sassurer que toutes les spcificits du contexte local sont bien prises en compte dans lidentification des dangers, ainsi que dans le choix des scnarios pertinents et leur analyse (par exemple : circulation dautocars lie une activit touristique ponctuelle ou dans le cas dune route montagneuse isole, dlais darrive des secours trs suprieurs ceux communment rencontrs, etc.); pour assurer une bonne coordination avec les autres acteurs concerns (services dincendie et de secours, services de police, S.a.m.u. ou quivalent, etc.) qui doivent notamment tre associs aux diffrentes tapes de ltude. Des points darrts sont ncessaires tout au long de llaboration de lESD. Pour un tunnel en exploitation, 4 runions au minimum sont ncessaires: runion de prsentation de ltat de rfrence adopt par le matre d'ouvrage (tabli au pralable en liaison avec les autres acteurs, pompiers, forces de police, etc.); runion de validation des chapitres 1 et 2 et de dfinition du choix des scnarios, au cours de llaboration du chapitre 3; runion de prsentation du droulement des scnarios au cours de llaboration du chapitre 4 ; runion de synthse la fin de lESD. Pour un tunnel au stade du POA, le nombre de runions pourra tre rduit. Selon la complexit de louvrage, dautres runions peuvent tre ncessaires. La dure totale de ralisation dune ESD est de 2 6 mois suivant la complexit de louvrage. Ce dlai pourra tre suprieur dans des cas particuliers.

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Le rle de ltude spcifique des dangers dans le dossier de scurit - Recommandations aux matres douvrage et aux exploitants

3.2. Il ne doit pas y avoir dambigut sur les caractristiques de ltat de rfrence pris en compteLtat de rfrence et les donnes de trafic, y compris le rgime de passage des marchandises dangereuses, sont des donnes indispensables lESD.

Comme dj indiqu dans le chapitre 2, lESD prend en considration le tunnel (dispositions techniques et organisationnelles) dans son tat de rfrence. Cet tat doit tre dfini avec prcision au moment du lancement de lESD. Si lESD conduit apporter des amliorations ltat de rfrence, deux situations sont possibles : ou bien ces amliorations ne remettent pas sensiblement en cause lidentification des dangers ni le choix et le droulement des scnarios: lESD reste fonde sur ltat de rfrence initial, clairement dcrit, et comporte dans ses conclusions les propositions damlioration envisages ; celles - ci sont ensuite reprises son compte (ou non) par le matre douvrage dans son rapport qui conclut le dossier de scurit; ou bien ces amliorations remettent srieusement en cause ltat de rfrence ; dans ce cas, un nouvel tat de rfrence est valid par le matre douvrage et sert de base lESD telle quelle est finalement prsente. Dans tous les cas, dans le document final de lESD, les rsultats et conclusions doivent sappliquer au tunnel suppos dans un tat bien dtermin, ltat de rfrence. La connaissance du trafic est indispensable pour l'apprciation des conditions de scurit puisque les vhicules et les usagers sont la fois les causes et les victimes dincidents et daccidents. La progression des quipes d'intervention et de secours vers le tunnel et lintrieur dpend, elle aussi, des conditions de trafic. On se reportera au fascicule 1 Modalits dlaboration du dossier de scurit pour obtenir des prcisions sur le contenu des tudes de trafic. L'ESD prend en compte les choix faits dans une tape antrieure en ce qui concerne le passage des vhicules transportant des marchandises dangereuses (TMD). Le lecteur se reportera au fascicule 3 Les tudes des risques lis au transport des marchandises dangereuses .

3.3. Les outils de modlisation doivent tre utiliss avec discernementLobjectif de vrification et damlioration de la scurit ne doit pas disparatre derrire les outils de modlisation.

LESD fait appel en gnral des modlisations du mouvement des fumes et du comportement des usagers.

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Le rle de ltude spcifique des dangers dans le dossier de scurit - Recommandations aux matres douvrage et aux exploitants

Toutes les modlisations ont une part dincertitude, mais plus encore dans le cas des tunnels car les phnomnes de propagation des fumes sont trs sensibles de faibles variations de nombreux paramtres et les comportements des usagers, souvent imprvisibles, ont une influence prpondrante. Si une meilleure connaissance de la propagation des fumes peut suggrer des dispositions dexploitation et dintervention plus efficaces et si les adaptations correspondantes peuvent effectivement tre ralises, alors les outils de modlisation trouvent toute leur utilit. A linverse, pour les tunnels dont les quipements sont dune telle simplicit que les fonctionnalits sont videntes et o un haut degr de surveillance ne pourra jamais tre mis en place, les modlisations sophistiques ont peu dutilit pour orienter vers des modifications du systme ou aider lexploiter.

3.4. LESD doit tre un document pdagogique fondateurQuil sagisse dun tunnel nouveau ou dun tunnel en exploitation, le premier passage du dossier de scurit devant le comit d'valuation est un temps fort de la dmarche de scurit de louvrage. LESD ralise cette occasion a un caractre fondateur de la scurit de louvrage. Pendant toute la vie de louvrage, le retour d'exprience et les exercices annuels enrichissent la rflexion des exploitants et des intervenants extrieurs. Lexploitant doit ainsi mettre jour aussi souvent que ncessaire certains lments du dossier de scurit, notamment le PIS. LESD, elle, est un document caractre permanent, du moins en labsence de modifications substantielles de louvrage, de son environnement, de son trafic et de son exploitation, justifiant un nouvel examen du dossier par le CESTR. Elle nest pas destine rester dans un tiroir; bien au contraire elle est un document valeur pdagogique, qui doit tre lu et pouvoir tre compris par toute personne ayant une responsabilit en matire de scurit dans le tunnel (y compris et surtout les nouveaux arrivants). Notes

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Partie B - Mthodologie et contenu de lESDChacun des cinq chapitres de la partie B donne des recommandations pour ltablissement du mme chapitre de ltude spcifique des dangers.

Les chapitres 1 et 2 dcrivent le tunnel, son environnement et ses fonctionnalits dans ltat de rfrence.

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Prsentation du tunnel et de son environnementLe tunnel est dj prsent dans dautres pices du dossier de scurit. Ce chapitre de lESD doit insister sur ce qui est important vis--vis de la scurit, quitte renvoyer dautres pices. On sintressera notamment aux aspects suivants: caractristiques du tunnel; situation des centres dexploitation et de secours par rapport au tunnel; environnement naturel (gologie, hydrogologie, mtorologie, etc.); environnement humain (populations et activits prsentes proximit, en permanence ou de manire temporaire); environnement routier : principaux itinraires, avec leurs conditions gnrales de circulation ; composition du trafic; etc.

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Partie B - Mthodologie et contenu de lESD Description fonctionnelle du tunnelCe chapitre de lESD dcrit les fonctions de scurit assures, en indiquant quels sont les principaux dispositifs de gnie civil, les quipements et les dispositions dexploitation qui concourent chacune dentre elles. Cette description doit tre fonctionnelle au sens des fonctions de scurit, mais ne doit pas aller jusqu une analyse de la sret de fonctionnement. Le niveau danalyse adopter dans cette description est le mme que celui de lannexe 1 du fascicule 2 4. Une fiche analysant la conformit par rapport linstruction technique annexe la circulaire n2000-63 peut tre utile, en particulier pour les tunnels existants.

Dans le fascicule 2, les exemples de description fonctionnelle se rapportent l tat des lieux dans lequel se trouve le tunnel avant ralisation de la mise niveau de la scurit. Ici, il sagit de ltat de rfrence qui peut tre identique ou diffrent suivant les fonctions considres et les modifications envisages.

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Partie B - Mthodologie et contenu de lESD Identification des dangers et choix des scnariosCette tape de ltude doit tre mene en concertation troite avec les diffrents intervenants concerns: matre douvrage, exploitant, services de police et de secours.

Cette tape rpond successivement deux objectifs diffrents: la prise en compte la plus exhaustive possible des vnements susceptibles de survenir : cest la fois un pralable la slection des scnarios et un lment fondamental pour la mise au point des documents dexploitation et notamment du plan dintervention et de scurit (PIS) dcrit dans le fascicule 5 ; la slection dun petit nombre de scnarios destins tre analyss de faon dtaille (voir chapitre B.4).

3.1. DfinitionsOn adoptera dans la suite du texte les dfinitions suivantes: les situations accidentognes (vitesse excessive, vhicule arrt sur la chausse, etc.) sont les situations qui, sans pour autant crer un danger immdiat, sont de nature augmenter la probabilit doccurrence dun vnement dclenchant ou de plusieurs vnements dclenchants en chane; les vnements dclenchants sont les vnements qui marquent le dbut dune situation de danger grave et avr pour les usagers (accident, incendie, etc.) ; ces vnements dclenchants sont les points de dpart des scnarios; les lments aggravants sont les lments de contexte qui sont de nature aggraver les consquences dun vnement dclenchant (dysfonctionnement de la ventilation du tunnel, mauvaises conditions mto, sur - accident en fin de file de vhicules, etc.) ; un scnario est le droulement dune situation initie par un vnement dclenchant plac dans son contexte et intgrant donc, le cas chant, des lments aggravants.

3.2. Identification des dangersPour aider lidentification des dangers, on trouvera en annexe A une liste guide des vnements dangereux en tunnel. Cette liste doit tre adapte aux spcificits du tunnel tudi et son environnement. On pourra galement utiliser une mthode danalyse du type de celles utilises dans la scurit industrielle; dans ce cas on veillera plus encore ne pas oublier les spcificits des tunnels (comportement des usagers, mouvement des fumes, etc.).

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Mthodologie et contenu de lESD - Identification des dangers et choix des scnarios

Certains dysfonctionnements du tunnel ne sont pas considrer quand ils doivent conduire titre prventif la fermeture immdiate du tunnel (perte de la gestion technique centralise, panne dlectricit grave, panne dclairage, etc.). En revanche, quand on ne peut pas exclure que la perte dun quipement passe inaperue ou quand elle peut tre cause par un vnement dclenchant (par exemple, perte due un court circuit caus par lincendie), cette perte est considrer comme un lment aggravant.

3.3. Choix des vnements dclenchantsLe choix des scnarios analyser dans le chapitre 4 commence par le choix des vnements dclenchants (rarement plus de trois ou quatre). Les vnements dclenchants standardiss 5 quil est conseill de choisir sont, selon le rglement de circulation applicable au tunnel: 1. tunnel autoris aux PL hors TMD a. incendie de PL b. incendie de PL avec chargement liquide ou facilement liqufiable haut potentiel calorifique 2. tunnel autoris aux PL avec TMD a. incendie de PL b. incendie dun PL TMD (citerne de 20 tonnes de carburant) 3. tunnel de gabarit compris entre 2 m et 3,5 m a. incendie de fourgon avec chargement de liquide inflammable, sans pandage b. incendie de petit PL 4. tunnel de gabarit infrieur 2 m a. incendie de VL avec propagation un ou deux autres VL b. incendie de fourgon avec chargement de liquide inflammable, sans pandage. En plus de ces vnements standardiss, on pourra introduire dautres vnements si une particularit du tunnel tudi le justifie (conditions atmosphriques, fortes dclivits, temps daccs des services de secours, environnement urbain autoroutier trs satur). Si lvaluation des risques lis aux TMD (voir fascicule 3) met en vidence que des marchandises dangereuses autres que les hydrocarbures liquides contribuent de manire importante au risque TMD, on examinera lopportunit de prendre en compte des vnements dclenchants mettant en jeu ces marchandises.Le chapitre 4 donne des lments quantitatifs pour standardiser la modlisation de ces vnements et de leurs consquences.5

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Mthodologie et contenu de lESD - Identification des dangers et choix des scnarios

Pour choisir les vnements dclenchants, on peut utiliser une reprsentation du type matrice frquence - gravit mettant en relation la probabilit doccurrence des vnements dclenchants et leurs consquences prsumes. Cet outil et ses limites sont prsents en annexe B.

3.4. Choix des scnarios associs aux vnements dclenchantsLa dfinition des scnarios consiste, aprs avoir choisi, dans la liste des dangers identifis, des vnements dclenchants (dont les vnements standardiss), les associer un contexte. Par exemple, on pourra associer lvnement dclenchant incendie de PL le contexte suivant: cet incendie se dclenche au PM 650 18 h 30 dans des conditions mtorologiques dfavorables en situation de trafic congestionn, etc.. Il faut viter de multiplier les contextes tudis, mais partir des quelques scnarios retenus, des variantes peuvent ensuite tre ventuellement tudies afin de tester la sensibilit des consquences un paramtre qui sest rvl particulirement influent. Les choix doivent tre oprs avec discernement. On sattachera notamment ne pas viser systmatiquement le contexte le plus dfavorable qui pourrait conduire masquer lintrt de mesures spcifiquement retenues pour amliorer la scurit : incendie survenant au droit dune issue de secours crer dans un tunnel en exploitation et rendant celle-ci inaccessible par exemple. Ce nest pas ici lexhaustivit qui est vise, mais le caractre instructif des scnarios, cest- -dire leur aptitude faire comprendre larticulation entre les quipements et les dispositions dexploitation et dintervention permettant de rpondre aux fonctions de scurit. On peut par exemple choisir un scnario qui mobilise tous les intervenants pour tester les points faibles de leur coordination. ce titre, les scnarios compltent lidentification des dangers, pour aider la rdaction des consignes dexploitation et du PIS et la dfinition dexercices priodiques. La dure des scnarios est en rgle gnrale limiter aux seules 30 premires minutes, les plus cruciales pour dterminer les consquences sur la scurit des usagers 6. Face certains scnarios extrmes (par exemple explosion la suite d'un accident ou d'un incendie impliquant une citerne de GPL), on ne peut que constater des consquences quasi inluctables (mort de lensemble des personnes prsentes dans le tunnel), compte tenu de la rapidit du phnomne. Les actions possibles sont exclusivement du domaine de la prvention (restrictions de circulation, de construction au dessus du tunnel, etc.). L'tude dtaille d'un tel scnario n'apprend rien de directement utile. En revanche, un scnario de fuite de gaz toxique appelle des ractions qui peuvent tre prcises par l'analyse. Selon le trafic qui emprunte le tunnel, un scnario de ce type peut donc tre considrer.6

Le temps ncessaire lvacuation de personnes rfugies dans des abris peut obliger prolonger cette dure.

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Partie B - Mthodologie et contenu de lESD tude des scnarios4.1. Droulement dun scnarioIl sagit, en dcrivant lenchanement des vnements et des actions mener, de montrer la contribution de chaque facteur matriel et organisationnel participant la scurit du tunnel et la faon dont ils interagissent. Les rsultats chiffrs des ventuels modles doivent tre considrs avec prcaution en raison des nombreuses incertitudes qui entachent toute simulation.

Chaque scnario commence par un vnement dclenchant et se poursuit par la chronologie des vnements jusqu la mise en scurit des usagers, ou larrive des services de secours si celle-ci est postrieure. Ces vnements dcoulent: du dveloppement de phnomnes en milieu confin (propagation de fumes, liquides, gaz et chaleur lintrieur du tunnel sous leffet des conditions gomtriques, mcaniques et arauliques, ainsi que des caractristiques et des dplacements des vhicules) ; du comportement des usagers (notamment dplacements pied vers les issues de secours) ; de la mise en uvre des dispositifs et procdures de scurit (systmes de dtection, dclenchement et fonctionnement des quipements, ractions de lexploitant, intervention des services de secours, etc.). Ltude des scnarios doit permettre: de montrer de faon concrte le rle de chaque dispositif ou procdure dans la limitation des effets mettant en pril les usagers du tunnel; de mettre en vidence les interactions entre ces diffrents dispositifs ou procdures; didentifier les faiblesses de chacun individuellement ainsi que du fonctionnement densemble; de dterminer lexistence de zones plus ou moins dangereuses, tant au niveau du tunnel que de l'environnement (opacit, gaz toxiques, temprature, surpressions, projectiles, etc.) et dvaluer le nombre de personnes susceptibles dtre prsentes et exposes 7.

Mme quand elle est effectue avec laide de modles, lvaluation des zones risques et de leur volution est entache de larges incertitudes dans lanalyse des rsultats. ce titre, la dtermination dun nombre de morts par scnario doit tre fortement relativise, car de tels chiffres reposent ncessairement sur des bases fragiles.

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Mthodologie et contenu de lESD - tude des scnarios

Le fait quun vnement dclenchant conseill corresponde lincendie de dimensionnement ou un incendie de puissance encore suprieure na pas pour objet de vrifier ou remettre en cause ce dimensionnement, mais de permettre de valider les dispositions dexploitation et le fonctionnement de lensemble du systme dfini par ltat de rfrence ou de suggrer leur adaptation.

4.2. lments standardiss pour ltude des scnariosAutant les spcificits de chaque tunnel doivent tre prises en compte de faon dtaille, autant une rflexion au cas par cas ne se justifie pas pour prciser les valeurs des lments sur lesquels le responsable du tunnel a trs peu de moyens daction. Cest pourquoi un certain nombre dlments qui ont une influence dterminante ont t standardiss 8. Les lments qui ont donc t standardiss sont: les termes sources dincendie, cest--dire les quantits de chaleur, de fumes et de gaz toxiques mises par un incendie en fonction du temps, selon le type de vhicule dont lincendie est retenu comme vnement dclenchant; les critres de survie en atmosphre enfume; le comportement des usagers (tant dans la formation des bouchons de vhicules que quand ils quittent leur vhicule pour rejoindre pied les issues de secours). Les valeurs standardises doivent tre adoptes. Mais sil apparat exceptionnellement quelles sont mises en dfaut dans un tunnel considr, il sera possible de retenir des scnarios complmentaires utilisant dautres valeurs.

4.2.1. Termes sources dincendie standardissLes termes sources dincendie standardiss sont donns en annexe C pour chacun des vnements dclenchants standardiss du paragraphe 3.3.

4.2.2. Zones risquesComme indiqu sur le schma de principe ci-dessous, les zones risques gnres par un incendie en tunnel dpendent de ltat de stratification des fumes, des niveaux dopacit, de toxicit et de temprature rencontrs par les usagers, de la quantit de chaleur rayonne reue par les usagers 9.8 Ceci permet, en outre, deffectuer des comparaisons entre ESD de diffrents tunnels grce labsence de disparit des hypothses.

Le risque deffondrement de la structure des tempratures qui permettent la survie est quasi - inexistant : le dimensionnement du gnie civil est en effet tel que les conditions lintrieur du tunnel seront devenues invivables bien avant leffondrement ventuel du plafond ou de la vote.

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Mthodologie et contenu de lESD - tude des scnarios

Facteurs de risques lis un incendie en tunnel (moiti gauche : zone destratifie ; moiti droite : zone stratifie)

gauche sur la figure, les fumes sont dstratifies et occupent toute la section. Leur opacit gne alors le dplacement des usagers. Ces derniers sont affects par la toxicit et la temprature des fumes. Le temps quils passent dans cet environnement avant de rejoindre une issue de secours et le degr dagressivit de cet environnement dterminent alors les consquences. On considre quun taux de monoxyde de carbone (CO) suprieur 3 000 ppm ou une temprature suprieure 80 C ne permettent pas un usager de cheminer plus dun quart dheure environ 10. droite sur la figure, les fumes sont stratifies. Les conditions de visibilit et de toxicit sont en gnral supportables par les usagers qui sont en revanche affects par le rayonnement (symbolis par des flches rouges sur la figure) 11. Un rayonnement de 2 kW / m 2 est le maximum supportable par un usager pendant quelques minutes 12.

4.2.3. Comportement des usagersOn trouvera en annexe E la standardisation des comportements dusagers: pour la formation des bouchons; pour les vitesses de fuite vers les issues de secours selon les conditions rgnant dans le tunnel. Ces lments sont bien sr simplifis et approximatifs, mais ils sont reprsentatifs dun comportement moyen. Leur mise en dfaut ne pourrait rsulter que dactions extrmement lourdes dducation et de formation des usagers.

Dans le cas gnral, la toxicit dun incendie est mesure par le taux de CO. Dans les tunnels prsentant des trafics susceptibles de gnrer des dgagements de gaz toxiques particuliers, on se reportera aux valeurs de toxicit indiques sur le site internet de lIneris, http://www.ineris.fr.11 On peut se protger du rayonnement mis par le foyer de lincendie en sabritant derrire un obstacle (typiquement un vhicule). Cest donc le rayonnement mis par la couche de fumes chaudes au plafond qui pose le plus problme. Le temps pass sous la couche de fumes par les usagers durant leur vacuation et la temprature des fumes dterminent les consquences. 12

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5kW / m 2 pour les pompiers quips.

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Mthodologie et contenu de lESD - tude des scnarios

4.3. Reprsentation du mouvement des fumesLors de ltude dun scnario incendie, la description des zones risques ncessite davoir une assez bonne ide de lvolution de lenvironnement thermique et surtout du mouvement des fumes dans le tunnel au cours des 15 30 premires minutes qui suivent le dbut de lincendie.

Selon les types de tunnel, lutilisation de la ventilation de dsenfumage pour maintenir des conditions de survie et de visibilit se fait suivant plusieurs stratgies (voir le fascicule ventilation du dossier pilote des tunnels, disponible prochainement au Cetu): en poussant les fumes dans le sens de la circulation; ainsi, les usagers bloqus derrire lincendie peuvent se diriger pied vers les issues de secours. Dans ce cas, il faut que les usagers situs du ct vers lequel on pousse les fumes puissent schapper librement en vhicule avant que la partie du tunnel dans laquelle ils se trouvent ne soit envahie par les fumes. Cette stratgie de dsenfumage nest applicable que pour les tunnels trafic unidirectionnel non congestionn (ventils longitudinalement) ; dans tous les autres cas (ventilation transversale, ventilation longitudinale avec extraction massive, ventilation longitudinale mise en uvre en deux temps), on vise dans un premier temps limiter la vitesse du courant dair de faon maintenir la stratification des fumes ; on permet ainsi aux usagers bloqus par lincendie dvacuer pied vers les issues de secours, le cas chant sous une couche de fume situe en vote. On peut envisager 3 niveaux de complexit dans les modles permettant la description du mouvement des fumes: niveau I: analyse qualitative (analyse pratique sans utilisation de logiciel de modlisation spcifique, mais faisant appel si ncessaire des courbes, abaques ou quations) ; niveau II: analyse qualitative + modle monodimensionnel 13 ; niveau III: analyse qualitative + modle monodimensionnel + modle tridimensionnel. Dans la grande majorit des cas, le matre douvrage retiendra le niveau II. Pour les tunnels possdant une gomtrie peu courante (quatre voies de circulation ou plus, hauteur sous vote suprieure 7 10 mtres, changeur souterrain complexe, etc.) une modlisation de niveau III peut tre utile. Dans ce cas le matre douvrage peut avoir besoin de faire procder une analyse prliminaire afin de prciser le niveau quil demandera dans lappel doffres. Pour plus dinformations on se reportera lannexe D qui rappelle galement les prcautions habituelles pour lemploi de ce type de modle.

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Font aussi partie du niveau II les modles de zones adapts aux tunnels.

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B 5

Partie B - Mthodologie et contenu de lESD SynthseCe chapitre de lESD doit comporter sous une forme concise: 1. la synthse des scnarios tudis et de leurs consquences; 2. la rcapitulation des observations faites au cours des chapitres 3 et 4 sur les mesures de scurit et les ventuelles propositions damlioration: adquation par rapport aux rgles de lart des mesures destines rduire la probabilit doccurrence des accidents, pour un tunnel en service non conforme linstruction technique, apprciation du niveau de scurit par rapport celui qui rsulterait de lapplication stricte de celle - ci, cohrence des moyens visant limiter loccurrence et les consquences des accidents, adquation des dispositions prises pour limiter les consquences des dfaillances dquipements et absence de mode commun de dfaillance pour ceux qui sont importants pour la scurit, le cas chant, propositions damlioration des dispositions retenues; 3. la synthse des lments utiles ltablissement: des consignes dexploitation (notamment les cas dindisponibilit dquipements ou de personnels qui sont compatibles ou non avec le maintien de la circulation dans le tunnel), du plan dintervention et de scurit, des plans dintervention des services publics de secours.

Notes

18

Annexes

Annexe A Annexe B

Liste guide pour lidentification des dangersA.1 A.4

lments pour lapprciation des risques daccidents et dincendiesB.1 B.4

Annexe C Annexe D

Standardisation des termes sources dincendie et MDC.1 C.12

Spcifications pour la modlisation du mouvement des fumesD.1 D.8

Annexe E

Modlisation du comportement des usagersE.1 E.2

Annexe AListe guide pour lidentification des dangers

Annexe A

Liste guide pour lidentification des dangersIl existe de multiples faons de classifier les situations de dangers. Dans un souci de simplification, nous proposons ci - aprs une liste guide fonde sur les trois familles de dangers dfinies en partie B, paragraphe 3.1. Le lecteur pourra faire appel dautres mthodes sil le souhaite.

A.1. Situations accidentognesA.1.1. Dangers lis aux usagers Vitesse excessive; Usagers en forte affluence (bouchon); Usagers ne respectant pas linterdistance entre vhicules; Non-respect de la voie d'affectation; Conduite dangereuse (freinage brutal, drapage); Panne ou arrt dun VL ; Panne ou arrt dun deux-roues; Panne ou arrt dun PL ; Panne ou arrt dun autocar; Usagers circulant contre sens; Convoi de vhicules pour manifestation; Intrusion dun vhicule hors gabarit, convoi exceptionnel; Intrusion accidentelle ou volontaire dun piton; Manifestation de protestation; Intrusion accidentelle d'un animal sauvage ou domestique; Animal domestique s'chappant d'un vhicule; Etc.

A.1.2. Dangers lis lenvironnement physique extrieur Inondation dans louvrage; Brouillard (visibilit rduite aux entres et sorties); Vent violent (mouvement incontrl, chute d'objets); Pluie soutenue (visibilit rduite aux entres et sorties, film d'eau sur chausse); Neige (chausse enneige aux ttes de tunnel, chausse glissante); Verglas (chausse glissante en entre et sortie de tunnel); Infiltration d'eau en tunnel; Dgagement de fume provoqu par un incendie extrieur au tunnel (fort, dcharge, etc.) ; Etc.

A.1

A.1.3. Dangers lis aux infrastructures du tunnel et au dysfonctionnement des quipements de scurit Pente / Rampe forte, changement de rayon du trac en plan; Vtust et absence de maintenance de certains quipements; Encombrement de la BAU; Flaque dhuile ou usure de la chausse (perte dadhrence); Etc.

A.1.4. Dangers lis aux intervenants (internes et externes) Dfaut dorganisation de lexploitation; Absence de formation du personnel; Absence de mise en place de mesures particulires alors que les conditions minimales dexploitation ne sont plus respectes.

A.2. vnements dclenchantsA.2.1. Dangers lis aux usagers Malaise d'un usager en transit; Chute du chargement (partielle ou totale); Perte de remorque; Accident sans bless dun VL; Accident sans bless dun deux-roues; Accident sans bless dun PL; Accident sans bless dun autocar; Accident avec bless(s) dun VL ; Accident avec bless(s) dun deux-roues; Accident avec bless(s) dun PL ; Accident avec bless(s) dun autocar; Accident dun PL transportant des marchandises dangereuses; Incendie sans bless dun VL; Incendie sans bless dun PL; Incendie sans bless dun PL transportant des MD; Incendie sans bless dun autocar; Incendie avec bless dun VL; Incendie avec bless dun PL; Incendie avec bless dun PL transportant des MD; Incendie avec bless dun autocar; Voiture pige (explosifs bord);

A.2

Annexe AListe guide pour lidentification des dangers

Malveillance (action volontaire but destructif); Vandalisme (action spontane); Acte de terrorisme ; Chute dun piton sur chausse (accident ou suicide); Jet d'objet aux ttes; Etc.

A.2.2. Dangers lis lenvironnement physique extrieur Avalanche aux ttes; Chute de pierres ou effondrement aux ttes; Sisme; Temprature trop leve (chauffement des vhicules, quipements); Etc.

A.2.3. Dangers lis aux infrastructures du tunnel et au dysfonctionnement des quipements de scurit Chute dquipement lourd suspendu en vote (acclrateur par exemple); Incendie sur installation dans le tunnel.

A.2.4. Dangers lis aux intervenants (internes et externes) Fausse manuvre de lexploitant.

A.3. lments aggravantsA.3.1. Dangers lis aux usagers Non respect des consignes de scurit en cas de panne daccident ou dincendie.

A.3.2. Dangers lis lenvironnement physique extrieur Contre-pressions atmosphriques; Temprature trop basse (gel de la conduite incendie); Industrie locale polluante; Site class ; Etc.

A.3

A.3.3. Dangers lis aux infrastructures du tunnel et au dysfonctionnement des quipements de scurit Encombrement du trottoir; Caniveaux (avaloirs) bouchs; Bassin de stockage plein ou faible capacit; Issues de secours faible capacit et interdistances importantes; Passage inter-tube dbouchant directement sur la chausse; Dysfonctionnement du systme de ventilation; Dysfonctionnement des analyseurs de CO/NO, opacimtres, anmomtres; Prise dair non protge ; Panne gnrale de lalimentation lectrique; Dysfonctionnement dune station lectrique ; Dpassement du dlai onduleur; Panne dclairage; Dysfonctionnement de la signalisation dynamique ; Dysfonctionnement du systme de fermeture du tunnel; Dysfonctionnement de la vidosurveillance; Dysfonctionnement de la dtection automatique dincident; Dysfonctionnement du rseau dappel durgence; Dysfonctionnement de la dtection incendie ; Dysfonctionnement du systme de retransmission radio; Panne de la gestion technique centralise; Vidange accidentelle du rservoir incendie; Rupture du rseau incendie ; Etc.

A.3.4. Dangers lis aux intervenants (internes et externes) Retard du pupitreur dans la dtection de lincident; Retard du pupitreur dans la validation de lincident; Retard du pupitreur dans la fermeture de louvrage ; Retard du pupitreur dans le lancement de la ventilation; Retard du pupitreur dans la procdure dalerte des secours; Perte de temps dans le dlai darrive des secours; Perte de temps dans la progression des secours en tunnel; Indisponibilit dun vhicule dintervention durgence en cas de besoin; Mauvaise communication radio sur le terrain; Mauvaise communication entre PC et terrain; Etc.

A.4

Annexe Blments pour lapprciation des risques daccidents et dincendies

Annexe B

lments pour lapprciation des risques daccidents et dincendiesB.1. Frquence des incendies en tunnelEn ce qui concerne les pannes et les accidents matriels et corporels, il ny a pas de diffrence significative entre trajets en tunnel et l'air libre. On peut donc s'appuyer sur les rsultats classiques obtenus sur l'ensemble du rseau, qui ne sont pas dtaills ici (diffrences entre routes et autoroutes, liens avec les dclivits, les courbes, etc.). Ces vnements ont par ailleurs des consquences galement voisines du cas de l'air libre, facilit d'accs des secours identiques (BAU, portail de service par exemple). Il n'en est pas de mme pour les incendies. Les statistiques dincendies en tunnel ne peuvent s'appuyer que sur un faible nombre d'occurrences, ce qui rend dlicat leur usage dans des raisonnements probabilistes. Par ailleurs, les statistiques d'incendies sur l'ensemble du rseau routier sont incompltes puisquelles ne sont pas recenses au titre de laccidentologie routire (sauf s'il y a eu collision ou si l'incendie a t trs important). Le tableau ci - dessous donne les taux typiques dincendies pour 100 millions de vhicules kilomtres, par nature de vhicule. Les taux choisis sont arrondis des valeurs simples avec des rapports galement simples entre eux.

Minimum VL PL et Autocars Dont non matriss TMD Dont non matriss 2 1,5 0,5 0,5 0,2

Maximum 2 4,5 1,5 1,5 0,6

Cas hors normes 2 13,5 4,5 4,5 1,8

Pour les VL les taux retenus ne dpendent pas de la nature du tunnel. Pour les PL les taux dpendent beaucoup de la nature du tunnel. Le minimum est dans des tunnels autoroutiers et / ou urbains sans dclivits particulires daccs ; le maximum est sur les trajets autoroutiers assez prouvants (fortes pentes et courbes) ou sur routes nationales, et les cas hors normes dans des tunnels avec trajets d'accs trs prouvants pour le vhicule. Le taux retenir pour un tunnel particulier est fixer au cours de la ralisation de lESD en fonction des caractristiques du tunnel et de son trajet d'accs.

B.1

Les incendies dits non matriss sont ceux qui n'ont pu tre teints par les usagers eux-mmes et qui peuvent conduire une destruction complte du vhicule et de son chargement. Leur frquence nest connue que globalement, toutes puissances dincendies confondues. Parmi les incendies recenss ci-dessus, seule une petite proportion correspond des incendies aprs collision. Les quelques donnes dont on dispose permettent de considrer que ces derniers reprsentent pour toutes les catgories de vhicules un incendie sur trente environ. Le tableau ci-dessous reprend les taux dincendies aprs collision, exprims pour 100 millions de vhicules kilomtres.

Autoroutier VL PL - Autocars TMD 0,07 0,05 0,02

Routier 0,2 0,15 0,06

Lors dun incendie spontan, le conducteur a le rflexe dessayer de sortir du tunnel. Pour un tunnel court, il y arrive en gnral. Il faut donc adapter les taux donns ci - dessus au cas des tunnels courts non urbains ( risque de congestion faible). En supposant que, si lincendie se produit moins de 200 m de la sortie le vhicule ne sarrtera pas dans le tunnel, le facteur correctif est gal (1 - (200 / L)), o L est la longueur du tunnel en mtres. Ceci conduit par exemple diviser le taux par trois pour un tunnel de 300 m, par deux pour un tunnel de 400 m. Pour les incendies conscutifs des collisions, aucune correction pour tunnel court nest faire 1. La probabilit que la collision concerne plusieurs vhicules, ou qu'un incendie spontan s'tende plusieurs vhicules, dpendra surtout du trafic et non de la longueur.

Calcul de la frquence doccurrence dincendies Pour obtenir la frquence annuelle d'incendies dans un tube on multiplie les taux (cest - - dire les valeurs donnes ci - dessus multiplies par 10 -8) par le nombre de vhicules kilomtres annuel (365 x TMJA / tube x L, o L est la longueur en km). Compte tenu de la dispersion des TMJA, des longueurs et des taux, on obtient alors des carts de frquence trs importants entre diffrents tunnels (au moins de 1 0,001 pour les seuls incendies PL).

1

On constate mme que les accidents sont plus frquents au dbut ou en fin dun tunnel quen son milieu.

B.2

Annexe Blments pour lapprciation des risques daccidents et dincendies

B.2. Lusage de matrices gravit-occurrenceAfin de simplifier lanalyse et de la fonder sur des lments quantitatifs, il peut tre dcid de faire appel une mthode de reprsentation des donnes de type matrice gravit - occurrence. Si ce choix est retenu, quelques lments standardiss sont proposs ci-dessous.

Classes de gravit On peut classer les consquences sur la scurit des personnes dans le tunnel et dans son environnement dans 5 classes de gravit (en blesss / intoxiqus lgers ou graves, dcs). On trouvera ces classes dans le tableau ci-dessous:

Gravit I II III IV V Mineur ou nul Significatif Critique Catastrophique Catastrophe majeure Dgts matriels Blesss lgers Blesss graves ou < 5 morts > 5 morts, < 50 morts > 50 morts

Les dgts matriels au tunnel, la gne au trafic occasionne par sa remise en tat, les destructions de vhicules, ne sont pas inclus dans lanalyse de lESD.

Classes de frquence On utilisera 6 classes de frquence d'occurrence (de A F) prsentes dans le tableau ci-aprs. Les dnominations frquent , rare , utilises renvoient une hirarchie propre la famille des vnements en tunnel et non une chelle absolue. Les divers vnements lis au TMD, hors incendies, se trouveront galement en gnral regroups en une seule classe (F le plus souvent). Lanalyse plus dtaille de leur frquence est faite par ailleurs dans le modle EQR (pour plus de prcisions voir fascicule 3).

B.3

La matrice rsultant des classes de gravit et de frquence prcdentes est prsente ci-dessous.

I II III IV V Mineur Significatif Critique Catastrophique Catastrophe ou nul Majeure A B C D E F Trs frquent Frquent Occasionnel Rare Trs rare Extrmement rare

On ne cherchera pas construire un indice quantitatif global de criticit, croisant classes de frquences et de gravit, lattribution dun poids chiffr chaque classe (A, B, , I, II,) tant arbitraire. Lanalyse par matrice gravit-occurrence est faite au stade de lidentification des dangers et donc avant ltude des scnarios. La dtermination prcise de la classe de gravit dun vnement dclenchant est donc impossible. Par ailleurs, ce nest pas lobjet de ltude des scnarios, qui ne concerne quun tout petit nombre de cas, de prciser les classes de gravit. Les matrices ne doivent tre utilises que pour un simple dbroussaillage aidant au choix des vnements dclenchants retenus comme dparts de scnarios.

Notes

B.4

Annexe CStandardisation des termes sources incendie et MD

Annexe C

Standardisation des termes sources dincendie et MDDans linstruction technique du 25 aot 2000, les termes sources d'incendie sont exprims en niveaux de puissance d'incendie (en MW). Le groupe de travail a retenu pour les vhicules routiers le principe de dfinir les approches temporelles nergtiques et chimiques de termes sources standardiss de puissances 8 MW, 15 MW, 30 MW, 100 MW et 200 MW, considrs comme plausibles.

C.1. Hypothses globalesC.1.1. Dveloppement de lincendieLe dveloppement de lincendie est choisi rapide (hypothse majorante pour prouver la robustesse des quipements et de lorganisation et les possibilits dvacuation des usagers). Par simplification, deux formes de dveloppement temporel ont t adoptes: triangle : la plupart des feux isols (sans propagation) sont dans ce cas; trapze: ce type de feu peut se dvelopper dans les cas suivants: feu dun vhicule avec propagation plus ou moins rapide dautres vhicules, incendie dun vhicule dans lequel le chargement participe pour une part majoritaire et impose en quelque sorte sa vitesse de combustion et la puissance affrente, incendie dvelopp en sous-ventilation (la puissance est limite par larrive dair).

C.1.2. Choix des termes sourcesLa rflexion a port sur la cohrence des critres suivants: potentiel calorifique, dure dincendie et vitesses de combustion. Plus particulirement dans le cas des chargements des poids lourds, il semble dlicat dimaginer que lincendie de produits liquides ou facilement liqufiables (hors TMD) sera contenu sur la plate-forme de la remorque sans pandage. Les incendies de vhicules lgers ont fait aujourd'hui l'objet de programmes d'essais [3] alors que les incendies de vhicules lourds sont beaucoup moins bien connus. Des termes sources affrents aux poids lourds pourront ainsi tre affins dans le futur tant dans la situation de l'incendie d'un vhicule isol que dans celle d'une propagation d'un vhicule lourd un autre, situation non examine ici. Les termes sources correspondant un incendie dautocar nont pas t dvelopps, faute dinformations actualises sur les potentiels calorifiques prendre en compte.

C.1

C.2. Termes sources standardiss pour les ESDLe tableau ci - aprs dcline les termes sources standardiss prconiss dans la ralisation dESD sous laspect nergtique.

Pmax (MW) 8 15 30 30 100 200

tm (min) 5 5 5 10 10 10

tmax (min) 25 60 0 50 60 60

td (min) 20 15 45 30 20 30

Dbit dair ncessaire pour Pmax (m 3 / s) 4,8 9 18 18 60 120

nergie dgage (MJ) 18 000 63 000 50 000 125 000 450 000 960 000

N figures

3 et 4 8 9 10 12 13

Les figures donnant les courbes de puissance sont regroupes in fine. On donne galement les principaux critres affectant les effets chimiques: Consommation doxygne: 1 kg de O 2 pour 13,1 MJ Production de CO2 : 0,1 kg/s de CO 2 pour 1 MW Production de CO: [CO 2 ] / [CO] = 25 pour les incendies bien ventils [CO 2 ] / [CO] = 5 pour les incendies mal ventils. Le cas chant une tude particulire de la production dautres toxiques pourra tre ralise.

C.2.1. Aspects nergtiquesLes potentiels calorifiques des diffrents vhicules (et de leur chargement ventuel) pris en compte ont t actualiss. La combustion est suppose complte.

C.2.1.1. Termes sources mettant en jeu un ou plusieurs vhicules lgersVhicules de tourisme isols a. VL de type petite avec un potentiel calorifique 6 000 MJ [3]. Ils seront appels petits VL par la suite (cf. Figure 1); b. VL de type routire et grand monospace ; potentiel calorifique : 12 000 MJ [3]. Ils seront appels grands VL par la suite (cf. Figure 2). Vhicules de tourisme avec propagation, terme source standardis 8 MW a. 1 petit VL et propagation 2 petits VL t 0 + 5 min et t 0 + 15 min (cf. Figure 3) ; b. 1 grand VL et propagation 1 petit VL t 0 + 10 min (cf. Figure 4).

C.2

Annexe CStandardisation des termes sources incendie et MD

Dans les deux cas le potentiel calorifique est de 18 000 MJ et la puissance de l'incendie est de l'ordre de 8 MW. Vhicules de tourisme avec propagation Deux cas sont tudis qui prennent en compte dabord lincendie dun grand VL qui se propage un autre grand VL (t 0 + 5 min) puis un petit VL (t 0 + 10 min ou t 0 + 15 min). On constate cette fois que la puissance maximale est de 15 MW (cf. Figures 5 et 6).

C.2.1.2. Termes sources mettant en jeu un fourgon chargLe fourgon est suppos charg (1 200 kg surface de chargement 6 m 2). Deux cas sont valus: a. Chargement ar de produits cellulosiques Potentiel calorifique 33 000 MJ (9 000 MJ pour le vhicule et 24 000 MJ pour le chargement). Le chargement ar conduit une vitesse de combustion leve (~ 120 g / m 2.s) (cf. Figure 7). b. Chargement de liquide inflammable en conditionnement tel quil ny ait pas pandage (feu de 6 m 2), terme source standardis 15 MW Potentiel calorifique 63 000 MJ (9 000 MJ pour le vhicule et 54 000 MJ pour le chargement). Vitesse de combustion ~ 60 g/m 2.s (feu de nappe) (cf. Figure 8). Ces deux incendies peuvent conduire un feu de 15 MW, la dure dincendie varie avec le type de chargement. Le second cas est choisi comme terme source standardis.

C.2.1.3. Termes sources mettant en jeu un poids lourd (hors TMD)Le poids lourd est constitu dun tracteur et dune semi - remorque. La nature des chargements (10 tonnes) peut varier. Le potentiel calorifique du tracteur et de la semi-remorque est estim 50 000 MJ (7 000 MJ pour le tracteur, 18 000 MJ pour 500 l de gazole et 25 000 MJ pour la remorque (dont 12 pneus). a. Incendie de petit PL ou de PL sans chargement, terme source standardis 30 MW en pic Lincendie dure un peu moins dune heure avec une pointe trs courte 30 MW. Le potentiel calorifique est de 50 000 MJ (cf. Figure 9). b. Incendie de PL, terme source standardis 30 MW titre dexemple, fruits, lgumes (9 tonnes) et emballages (1 tonne). Ds lincendie du PL, le chargement rgularise lincendie en participant progressivement. Le potentiel calorifique est de 125 000 MJ et l'incendie prsente un plateau de 30 MW. Ce cas est choisi comme terme source standardis (cf. Figure 10).

C.3

c. Incendie de PL avec charge trs fortement combustible (matriaux cellulosiques ars) Cette fois le chargement impose sa vitesse de combustion (120 g/m 2.s) et les 100 MW peuvent tre atteints. Le potentiel calorifique est de 330 000 MJ (50 000 MJ pour le PL et 280 000 MJ pour le chargement) et le plateau de puissance de l'incendie est de 100 MW (cf. Figure 11). d. Incendie de PL avec chargement liquide ou facilement liqufiable haut potentiel calorifique, terme source standardis 100 MW Dans ce cas une premire estimation, sans pandage, conduit un incendie de 60 MW pendant une dure de plus de 2 heures (surface ~ 30 m 2 vitesse de combustion 50 g/m 2.s). Cette hypothse nest pas retenue car la remorque perdrait son intgrit, ce qui conduirait pandage au moins partiel. La puissance de l'incendie dpendra en fait de la taille de la flaque globale cre. Dans le cadre de la dtermination des termes sources standardiss, nous retiendrons un palier de puissance de 100 MW (soit une surface totale en feu de 50 m 2) pour un potentiel calorifique total de 450 000 MJ (cf. Figure 12).

C.2.1.4. Citerne de carburant (VTMD), terme source standardis 200 MWLe poids lourd TMD est compos dun tracteur et dune citerne de 20 tonnes de carburant. Le potentiel calorifique est denviron 960 000 MJ. La puissance dincendie retenue pour le terme source standardis est de 200 MW, ce qui correspond un feu de nappe denviron 80 m 2 (cf . Figure 13). Pour peu que l'alimentation en air soit suffisante, des feux de plus grande puissance (flaque plus tendue) doivent tre envisags; a contrario, la puissance du feu peut tre limite par le manque d'oxygne pour la combustion.

C.2.2. Gaz toxiques et fumesLincendie en milieu confin ventil peut tre caractris par les effets suivants, dont la dangerosit est apprcie au regard des usagers et des secours. Manque doxygne Les termes sources sappuient sur le principe de Thornton (une combustion dgageant 13,1 MJ correspond la consommation de 1 kg doxygne). NB: Le dbit dair ncessaire pour gnrer la puissance maximale repose sur un taux de consommation doxygne de 45% de loxygne apport par lair frais (hypothse dcline dans le projet de guide DSC/DR du 13 aot 1999 [4]). Production de CO 2 Lcriture de quelques ractions de combustion globale dhydrocarbure (C 7 H 16 par exemple) et de matriaux plastiques oxygns (C H 1,4 O 0,22 polyester par exemple) conduit des productions respectives de 67 g/s de CO 2 pour 1 MW et 85 g/s de CO 2 pour 1 MW. La combustion de bois (CH 1,7 O 0,72) conduit une production thorique

C.4

Annexe CStandardisation des termes sources incendie et MD

de 102 g/s de CO 2 pour 1 MW. Il a t choisi lhypothse de 100 g/s de CO 2 pour un feu de 1 MW propos par le projet de guide DSC/DR [4], valeur lgrement majorante pour bon nombre de matriaux ou matires. Production de CO partir des valeurs tabules par Tewarson [1] correspondant diffrents essais (bien ventils) : Huile minrale:

Matriau plastique oxygn: R ~ 13 Matriau polyurthane rigide: R ~ 24 Il est propos de retenir pour les incendies bien ventils R = 25. Par contre dans le cas des feux sous - ventils ce rapport sera pris, partir de lexprience de lIneris [2], gal 5. Toxicit spcifique Pour les ESD, il est ralis une tude du trafic et de lenvironnement. Chaque fois que ncessaire, et en particulier dans le cas du trafic des poids lourds, il y aurait lieu dexaminer les spcificits de certains chargements pas forcment rpertoris en marchandises dangereuses tels que les matriaux synthtiques (polychlorure de vinyle et production dacide chlorhydrique, polyurthane et production dacide cyanhydrique et oxydes dazote, ). Le passage frquent de tels produits devrait faire lobjet dun terme source particulier dans une ESD. Plus particulirement, la production de produits nocifs tels que HCl, HCN, NO x , SO 2 serait alors caractriser.

C.2.3. OpacitLvaluation de lopacit des fumes dans le tunnel pourra tre dtermine partir de la relation 1: K = 83 000 CCO2 / Tg K Coefficient dextinction [m -1] Tg Temprature du mlange gazeux en un point du tunnel [K] 3 3 CCO2 Fraction volumique du CO2 au mme point (m de CO2 /m de mlange) [ - ] La distance de visibilit d est alors donne par: d = C/K o C est un coefficient qui dpend des conditions dclairement et du contraste de lobjet voir. C est en gnral pris entre 2 et 6.

1

Ou toute relation quivalente.

C.5

C.3. Bibliographie[1] A. TEWARSON Generation of heat and fire products Technical report. Factory Mutual Research, may 1995. [2] G. MARLAIR, J.P. BERTRAND et S. BROHEZ, Use of the ASTM E 2058 fire propagation apparatus for the evaluation of the under-ventilated fires. Fire and Materials 2001. San Francisco (USA), janv. 2001. [3] CEC Agreement 7210 SA/211/318/518/620/933, Development of design rules for steel structures subjected to natural fires in closed car parks, Draft final report, Profil Arbed (L), Univert de Lige (B), CTICM (F), TNO (NL), Labein (E). March 1997. [4] Projet de Guide DSC/DR Incendies dans les tunnels routiers: objectifs et hypothses en matire de dsenfumage et de comportement au feu, CETU, octobre 1999.

C.4. FiguresOn donne ici les courbes dvolution de la puissance dgage en fonction du temps pour diffrents types dincendies. Les courbes de consommation de O 2, de production de CO 2, de production de CO et dmission dopacit se dduisent directement des courbes de puissance en utilisant les facteurs de proportionnalit indiqus aux paragraphes C.2.2. et C.2.3.

Figure 1

C.6

Annexe CStandardisation des termes sources incendie et MD

Figure 2

Figure 3

C.7

Figure 4

Figure 5

C.8

Annexe CStandardisation des termes sources incendie et MD

Figure 6

Figure 7

C.9

Figure 8

Figure 9

C.10

Annexe CStandardisation des termes sources incendie et MD

Figure 10

Figure 11

C.11

Figure 12

Figure 13

C.12

Annexe DSpcifications pour la modlisation du mouvement des fumes

Annexe D

Spcifications pour la modlisation du mouvement des fumesD.1. Description du mouvement des fumesLe mouvement des fumes lors dun incendie en tunnel est influenc par de nombreux facteurs, en particulier la gomtrie du tunnel, la diffrence de pression atmosphrique entre les deux ttes du tunnel (dite contre-pression), la commande de la ventilation, les caractristiques et la localisation de lincendie dans le tunnel, le pistonnement de lair par les vhicules, leffet chemine, les pertes thermiques aux parois, etc.1 Les quations physiques qui rgissent ces phnomnes sont: lquation-bilan de masse ; lquation-bilan de chaleur; lquation-bilan de quantit de mouvement (scalaire ou vectorielle selon la dimension du problme); lquation de transport de polluant. Du fait des nombreux phnomnes qui entrent en jeu et de la complexit des quations, on utilise en gnral des modles numriques. Dans de nombreux cas cependant, les lments les plus fondamentaux peuvent tre dtermins sans modle compliqu, laide de quelques quations simples. Ces quations permettent dobtenir des ordres de grandeur avant de faire tourner des modles, mais aussi dinterprter de faon critique les rsultats des modles. La prsente annexe commence par prsenter ces mthodes simplifies, avant de discuter des modles numriques employs pour dcrire le mouvement des fumes.

D.1.1. Calcul de la tempratureQuand le courant dair est fort, la fume est repousse dun seul ct du foyer, et des mthodes de bilan simples permettent de calculer la temprature moyenne sur une section juste sous le vent du foyer. Quand lcoulement est compltement dstratifi, cette temprature est en fait la temprature maximale que peut atteindre lair en dehors des flammes. . La puissance thermique du foyer Q tot est dissipe par rayonnement direct sur les parois du tunnel et par transfert convectif dans lair du tunnel. On peut considrer . que la puissance transfre par convection lair Q c vaut environ les deux tiers de la . puissance totale dgage Q tot.

Pour plus de dtails sur la physique des incendies en tunnel et les quations dcrivant ce type de problme, le lecteur pourra se rfrer au fascicule ventilation du dossier pilote des tunnels ainsi quau mode demploi du logiciel CAMATT, disponibles au Cetu.

1

D.1

La temprature moyenne de lair immdiatement sous le vent du foyer vaut donc :

. Qc 0 CP A T0 V0

Puissance convective de lincendie Masse volumique de lair frais Chaleur massique pression constante de lair Section du tunnel Temprature de lair frais Vitesse de lair frais

[W] [kg.m -3] [J.kg -1.K -1] [m 2] [C] [m.s -1]

La loi dvolution longitudinale de la temprature sous le vent du foyer scrit alors:

x DH T h app

Abscisse curviligne compte partir de lincendie Diamtre hydraulique du tunnel Temprature dans le massif loin du tunnel Coefficient dchange thermique apparent

[m] [m] [C] [W.m -2.K -1]

Le coefficient dchange thermique apparent h app prend en compte les transferts convectifs et radiatifs aux parois et lchauffement des parois en fonction du temps coul aprs le dbut de lincendie. En gnral, on retient pour ce coefficient dchange thermique apparent des valeurs entre 10 et 50 W.m -2.K -1. Le tableau ci-dessous indique les valeurs trs prudentes retenues dans le fascicule Ventilation du dossier pilote des tunnels. Vitesse du courant dair 3 m/s 4 m/s 15 min 10 W.m -2.K -1 14 W.m -2.K -1 60 min 7 W.m -2.K -1 10 W.m -2.K -1 120 min 6 W.m -2.K -1 7 W.m -2.K -1

D.1.2. Calcul de la vitesse critiqueLa vitesse critique est dfinie comme la vitesse de lair en amont du foyer qui permet de ne pas avoir de remonte de fumes (nappe de retour ou backlayering) lencontre de la direction principale du flux dair dans le tunnel. La vitesse critique dpend principalement de la puissance thermique de lincendie, de la pente et de la section du tunnel. La formule de Danziger et Kennedy 2 est la plus couramment utilise.Danziger N.H., Kennedy W.D., 1982. Longitudinal ventilation analysis for the Glenwood Canyon tunnels. In 4 th Int. Symp. on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, pp. 169-186. BHRA Fluid Engineering.2

D.2

Annexe DSpcifications pour la modlisation du mouvement des fumes

Elle utilise les deux relations suivantes couples, que lon rsout en quelques itrations: . .

A Cp g H Kp . Qc T0 Tf Vc 0

Section du tunnel Chaleur massique de lair Acclration gravitationnelle Hauteur du tunnel Coefficient de pente. Varie entre 1,0 ( pente nulle) et 1,23 (pente de 10 %) Puissance convective de lincendie Temprature de lair en amont du foyer Temprature de mlange des fumes au foyer Vitesse critique Masse volumique de lair en amont du foyer

[m 2] [J.kg -1.K -1] [m.s -2] [m] [-] [W] [K] [K] [m.s -1] [kg.m -3]

D.2. Les diffrents modlesD.2.1. Modles 1DLes modles 1D rsolvent les quations de la mcanique des fluides en supposant que les paramtres physiques (vitesse, temprature, pression, concentration) sont uniformes dans la section (cf. le mode demploi du logiciel CAMATT, disponible au Cetu). En particulier, un modle 1D ne renseigne pas directement sur ltat de stratification des fumes. Les modles 1D existants prsentent diffrents niveaux de modlisation. En effet, ils ne prennent pas tous en compte les effets transitoires et les effets thermiques. Certains sont isothermes en rgime permanent, dautres isothermes transitoires, dautres encore anisothermes transitoires. On retiendra uniquement des modles anisothermes transitoires, du type CAMATT ou quivalent, sauf si lon peut justifier de retenir des modles plus simples. Quel que soit le modle utilis, il faut lors de la prsentation des calculs prciser les diffrents paramtres qui ont t utiliss pour la simulation; par exemple, on indiquera les coefficients de pertes de charge utiliss en entre/sortie, la rugosit des parois, les caractristiques arodynamiques des vhicules utilises pour le calcul du pistonnement, le coefficient defficacit des acclrateurs, la faon dont sont pris en compte les changements de sections, la faon dont sont pris en compte les changes de chaleur aux parois, etc. Lavantage des modles 1D provient de leur souplesse demploi, qui permet dtudier un grand nombre de scnarios et de multiplier les variantes tudier pour un cot rduit.

D.3

De plus, ils fournissent toujours des renseignements prcieux pour la comprhension de laraulique de louvrage, mme pour les tunnels ventils transversalement (en particulier ceux comportant plusieurs cantons). Ils permettent galement une bonne valuation des temps de rponse de la ventilation. Pour ces deux derniers points, la modlisation 1D est en gnrale plus efficace que la modlisation 3D. Ces modles sont particulirement bien adapts ltude de la ventilation longitudinale. Pour les autres systmes de ventilation, leur utilisation ncessite plus dexpertise. Par exemple, un modle 1D ne peut pas reproduire le phnomne de nappe de retour qui apparat lorsque la vitesse du courant dair est infrieure la vitesse critique. La temprature fournie par un modle 1D, qui correspond une temprature suppose uniforme sur la section, ne renseigne pas sur les conditions de survie hauteur dhomme ni sur les tempratures maximales atteintes en haut de section, ni mme sur la temprature moyenne quand la vitesse dair est quasiment nulle au droit du foyer 3. Linterprtation des rsultats fournis par un modle 1D repose donc principalement sur lanalyse raisonne des vitesses dair calcules 4, qui est indispensable dans une ESD.

D.2.2. Modles tridimensionnelsPar abus de langage, on appelle ici modles CFD (Computational Fluid Dynamics) les modles qui rsolvent les quations de la mcanique des fluides sur une grille de calcul 3D 5. La mise en uvre de ces modles ncessite des connaissances assez pointues dans de nombreux domaines de la physique (mcanique des fluides, thermodynamique, transfert de chaleur, rayonnement, combustion). La modlisation de certains phnomnes physiques continue d'voluer des niveaux de recherche fondamentale, ce qui ncessite un certain suivi de cette actualit scientifique: c'est le cas des modles de turbulence, des modles de combustion et des modles de rayonnement. Lutilisation de ces modles pour les incendies de forte puissance, pour lesquels on dispose de peu de donnes exprimentales de validation est donc prilleuse. Le ralisme des rsultats en termes de nappe de retour ou de stratification est loin dtre assur. Cet aspect doit toujours tre clairement argument lors de lanalyse des rsultats fournis par le code de calcul.

3

Toute temprature suprieure 1 000C est interprter avec prcaution, aussi bien dans les sections trs chaudes que dans les sections avoisinantes. On sait par exemple que pour des vitesses dair suprieures la vitesse critique, le modle fournit des rsultats fiables et ralistes. Lorsque la vitesse dair est infrieure la vitesse critique, une nappe de fumes stratifies se dveloppe au vent du foyer. On sait galement que lorsque la vitesse du courant dair est faible (infrieure 1,5 m / s), lcoulement sous le vent du foyer de fortes chances dtre stratifi. On notera que ces modles ne sont pas utilisables en 2D ds quil y a un courant dair longitudinal car la structure de lcoulement est fortement tridimensionnelle dans la zone du foyer.

4

5

D.4

Annexe DSpcifications pour la modlisation du mouvement des fumes

La formation de lutilisateur joue un rle important sur la qualit des rsultats obtenus. On considre en gnral quun diplme de modlisation numrique pour la mcanique des fluides de niveau bac + 5 ou quivalent est ncessaire. Il est galement ncessaire que lutilisateur soit rompu lemploi du code de calcul particulier dont il dispose et souhaitable quil possde une exprience importante en matire de modlisation des problmes de dsenfumage des tunnels routiers. En effet, dun utilisateur lautre, dun code de calcul lautre, les rsultats obtenus peuvent tre trs variables, mme avec des codes de qualit industrielle. La raison en est que les modles CFD ont besoin de donnes dentres dtailles (conditions initiales du calcul, conditions aux limites tout spcialement les niveaux dnergie turbulente et de dissipation , reprsentation du foyer, reprsentation des vhicules bloqus, changes de chaleur aux parois, etc.). Les diffrentes hypothses et approximations effectues au moment de la dfinition du calcul ont une influence importante sur les rsultats. Un autre point qui ncessite une bonne expertise est le jugement de la convergence des calculs. En effet, le respect du critre de convergence ne garantit pas que le modle informatique a converg vers une solution physiquement plausible : en gnral, cela est d une viscosit numrique excessive, elle - mme lie aux choix faits explicitement ou non par lutilisateur du logiciel. Par ailleurs, les ressources informatiques ncessaires sont importantes et certaines simulations peuvent atteindre des temps de calcul trs longs sur stations de travail. Le domaine de calcul est forcment limit et lon considre que la modlisation en 3D dun tronon de tunnel dune longueur de 1 km constitue lheure actuelle la limite raisonnable. Pour les tunnels dune longueur suprieure, on doit coupler le calcul 3D avec un calcul 1D (ou dfaut fixer les conditions limites dentre/sortie du tronon laide des rsultats fourni par un code 1D). Il convient dutiliser chaque tape de la simulation une dmarche qualit adapte. On pourra par exemple sinspirer du guide publi par lERCOFTAC 6.

D.2.3. Choix du niveau de modlisation pertinentLes lments considrer lors du choix du niveau de complexit de la reprsentation des fumes sont la stratgie de dsenfumage mise en place, la stratgie dvacuation des usagers, le fait que le scnario considr soit couvert ou non par le dimensionnement de louvrage. Les enseignements que lon souhaite tirer de la simulation ont galement une influence importante sur le choix. Pour choisir le niveau, on peut dans un premier temps, sauf cas particulier, se baser sur le profil en travers du tunnel considr: pour des tunnels de hauteur sous vote courante et possdant au plus 3 voies de circulation, une modlisation 1D suffit. En effet, lorsque le tunnel est quipSpecial Interest Group on Quality and Trust in Industrial CFD- Best Practice Guidelines, ERCOFTAC, janvier 2000; voir les sites http://imhefwww.epfl.ch/ERCOFTAC/, et http://www.qnet-cfd.net/6

D.5

dun systme de ventilation en longitudinal, le 1D est clairement le plus adapt. Dans le cas des tunnels longs quips dune ventilation transversale, seul le 1D permet de modliser lensemble du systme et de vrifier ainsi la limitation du courant dair dans la zone du foyer; pour des tunnels de hauteur sous vote suprieure 7 10 mtres, avec 4 voies de circulation ou plus, ou possdant des changeurs souterrains complexes, une simulation CFD tridimensionnelle est sans doute plus approprie. En effet, elle permettra de se rendre compte que le tunnel est moins dangereux que ne le montrerait une simulation 1D o les fumes occupent par dfinition la totalit de la section. Rien ninterdit a priori dutiliser un outil CFD mme dans des cas relativement simples. En revanche, lorsquun modle CFD sera utilis pour lESD, il faut toujours raliser et interprter un calcul 1D pralable. Cela permet de dterminer les bonnes conditions initiales et aux limites utiliser pour le calcul CFD. Les rsultats du modle 1D permettront galement dalimenter la rflexion et daider linterprtation des rsultats CFD. Il faut galement toujours donner en annexe de lESD les lments permettant de juger de son ralisme. Lobjet du paragraphe suivant est de proposer un plan type pour cette annexe de lESD.

Notes

D.6

Annexe DSpcifications pour la modlisation du mouvement des fumes

D.3. Plan type de lannexe Prsentation des calculs tridimensionnelsUne annexe de prsentation des calculs tridimensionnels et des hypothses faites doit tre incluse dans toute ESD ayant utilis des modles de ce type. On sattachera y prsenter des informations suffisamment dtailles pour au moins un des scnarios tudis, de prfrence un scnario faisant intervenir une puissance dincendie pour laquelle il existe dans la littrature un retour dexprience suffisant permettant de juger du ralisme de la simulation. Cette annexe devra contenir les lments lists dans le plan type ci - aprs. Bien que cette liste soit longue, les vrifications quelle requiert font partie de la bonne pratique de lutilisation de la CFD et les bureaux dtudes font en gnral ces vrifications en interne. Cette annexe nest donc que lintgration dans lESD dlments ncessaires la ralisation de ltude, afin de permettre au lecteur de comprendre les hypothses de la simulation.

1. Principes de la modlisation physiqueHypothses sur la nature des coulements simuls. Variables prises en compte. quations rsolues, modle de turbulence, lois de parois utilises, prise en compte des termes de flottabilit. Dtails sur les modles de rayonnement et de combustion ventuellement utiliss.

2. Principes de rsolutionSchmas de discrtisation en temps et en espace, algorithme de rsolution, pas de temps utiliss, critre de convergence retenu.

3. Domaine de calculDimensions du tronon de tunnel reprsent, dimensions du profil en travers, expos des ventuelles simplifications gomtriques effectues pour la modlisation. Prsentation du maillage 7 : vue longitudinale, vues transversales en diffrentes sections (au voisinage du foyer, dun acclrateur, dune trappe, etc.), nombre total de mailles, nombre de mailles dans une section, taille des mailles aux parois.

Le maillage est lune des premires sources de variabilit des rsultats dun code CFD. Il est ncessaire que le maillage soit raffin dans la zone du foyer, prs de lentre et de la sortie du domaine de calcul, au voisinage des quipements de ventilation (acclrateurs, trappes de dsenfumage, bouches de soufflage), au voisinage des parois (afin de respecter les critres demploi des lois de paroi). Une vingtaine de mailles dans la hauteur du tunnel est au minimum ncessaire pour esprer reproduire correctement la stratification des fumes. Dans lidal, un test de sensibilit devrait tre prsent sur un scnario en utilisant 2 maillages prsentant un niveau de raffinement diffrent. Ce dernier point nest pas exig mais seulement conseill.

7

D.7

4. Choix, prsentation et justification des hypothsesConditions dentre /sortie aux ttes. Nature des conditions aux limites utilises: pression, dbit de masse, vitesse, profils tablis ou non, etc. volution au cours du temps des valeurs imposes aux diffrentes variables. Indication des niveaux de turbulence lorsquils sont imposs. Justification des valeurs choisies ( partir des rsultats dun modle 1D, etc.). Reprsentation des vhicules (prciser si le pistonnement et le blocage par les vhicules arrts est pris en compte, et si oui, comment). Reprsentation du foyer 8. Reprsentation des ventuels acclrateurs (modlisation par un maillage de lacclrateur ou comme source de quantit de mouvement et de turbulence, par exemple). Reprsentation des trappes de dsenfumage et des bouches de soufflage (prciser si le soufflage est reproduit en modlisant chacune des bouches ou si une rpartition linique est utilise). Rugosit des parois. Prise en compte de lchauffement des parois ou justification de sa non prise en compte.

5. Analyse et prsentation des rsultatsRsultats de calculs utiliss pour tudier les dangers: critre utilis pour dterminer ltat de stratification des fumes; faon dont est calcule la visibilit; modle utilis pour calculer la puissance rayonne reue par les usagers. Sorties supplmentaires pour montrer le ralisme de la simulation: dtails sur les coulements (direction, vitesse, grandeurs turbulentes) en plus des contours de temprature/concentration aux instants clefs; profils verticaux de concentration aux endroits significatifs (issues de secours par exemple) ; temprature moyenne de la source de chaleur; tendue de la zone de combustion lorsquun modle de combustion est utilis ; tout autre lment jug ncessaire par le bureau dtudes.

Dans la ralit, linfluence du foyer sur la stratification des fumes est mal connue. Tous les foyers ne conduisent pas en effet des fumes stratifies. Des feux de trs faible puissance peuvent produire des fumes trs peu chaudes, et donc de faibles forces de flottabilit. Dautre part, les turbulences induites par la combustion au niveau du foyer peuvent conduire une dstratification des fumes, mme en prsence de conditions arauliques favorables (faible courant dair longitudinal). La faon dont on reprsente le foyer dans le modle numrique a donc une influence importante sur les rsultats. Dans lidal, un test de sensibilit devrait tre prsent sur un scnario donn en ralisant deux calculs utilisant des reprsentations diffrentes de lincendie mais plausibles physiquement. Ce dernier point nest pas exig mais seulement conseill.

8

D.8

Annexe EModlisation du comportement des usagers

Annexe E

Modlisation du comportement des usagersDans cette annexe sont donns des lments pour modliser le comportement des usagers dans leurs vhicules et pied.

E.1. Formation de files de vhiculesIl est essentiel de disposer dun modle de formation de files permettant dvaluer le nombre de vhicules dans le tunnel, afin de connatre le nombre dusagers prsents et linfluence du trafic sur le mouvement des fumes (pistonnement). Le modle propos ici est volontairement trs simplifi afin de ne pas masquer les nombreuses inconnues dun tel problme.

E.1.1. Circulation en rgime fluideQuand la circulation se fait en trafic fluide, permanent et homogne, on a I = V / D et N = L / I, et donc N = (L*D) / V, o : I est linterdistance en mtres entre vhicules en mouvement (pare - choc avant pare - choc avant) V est la vitesse en mtres par seconde D est le dbit sur une voie en vhicules par seconde N est le nombre de vhicules prsents dans le tunnel sur une voie L est la longueur du tunnel en mtres. On doit par ailleurs avoir pour une circulation sre: I > I* (interdistance de scurit). Cette interdistance de scurit dpend de la longueur moyenne des vhicules et de leur vitesse V. En France, on peut retenir 1 I* = 8 + 0,2 V + 0,003 V 2, avec V en km/h. Quand I < I*, on peut considrer quil y a risque de congestion. Il est important de noter que ce nest pas avec le dbit le plus lev que le nombre de vhicules prsents dans le tunnel est le plus grand. Par exemple, pour un tunnel 1 tube unidirectionnel (deux voies de circulation) de 1 200 m de long, on trouve, par voie, les donnes du tableau ci - dessous. V (km / h) Trafic fluide Trafic satur Trafic satur 70 50 20 I* (m) 40 26 13 I (m) 47 26 13 D (vh / h) 1 500 2 000 1 500 N (vh) 30 46 92

1 M. Cohen, INRETS; cette formule utilise une longueur moyenne des vhicules de 8 m. En toute rigueur on pourrait adapter la longueur moyenne la composition spcifique du trafic du tunnel, mais sauf cas trs particuliers en taux et longueurs des PL, ce nest pas utile pour un calcul qui reste de toute faon approch (non prise en compte de linfluence sur le dbit de la gne apporte par les PL etc.).

E.1

E.1.2. Formation dun bouchonQuand un incendie se produit, on supposera que le trafic est entirement bloqu au droit du foyer linstant t = 0, une distance d de lentre (exprime en mtres), et que la vitesse de remonte de bouchon est de v mtres par seconde. Cette vitesse sera calcule par la formule approche v = D / (1 / I(0) D / V), o I(0) est linterdistance standardise larrt, qui sera prise gale 10 m (longueur moyenne de 8 m plus 2 m dintervalle entre les vhicules). La congestion remonte jusqu lentre du tunnel en un temps T = d / v. T est alors comparer au dlai ncessaire pour fermer le tunnel. La vitesse de remonte de bouchon conditionne galement la probabilit dun carambolage en fin de file. Ainsi, pour une vitesse de remonte de bouchon suprieure 15 km/h on considre en gnral quune gestion par les patrouilleurs devient impraticable, et les risques levs. Dans lexemple de tunnel prcdent, au dbit thorique de saturation sur deux voies de 3 000 vh/h 70 km/h, on trouve une vitesse de remonte de bouchon de 5,3 m/s, soit 20 km/h. Si lincendie a lieu au milieu du tunnel, le bouchon remonte jusqu lentre en moins de 120 s, cest--dire moins de 2 minutes.

E.2. vacuation des usagersPour modliser le dplacement des usagers qui quittent leurs vhicules et rejoignent pied les issues de secours, on utilisera le modle trs simplifi suivant: dlai moyen dvacuation complte dun vhicule : 1,5 min pour un VL et un PL, 5 min pour un car; vitesse de marche: 1 m/s pour des conditions de visibilit claire, 0,5 m/s si la visibilit est fortement gne, en labsence de visibilit, 0,3 m / s ( ne considrer que pour les usagers qui cheminent dans le sens favorable vis--vis de lvacuation; en effet, en labsence de visibilit, certains dentre eux peuvent cheminer vers le danger sans en prendre conscience pour fixer les ides, on pourra retenir lhypothse que 50 % des usagers en moyenne cheminent dans le bons sens). Pour calculer le nombre dusagers, on prendra un mme taux doccupation moyen des vhicules (hors autocars) pour tous les tunnels de 1,5 personnes.

2

Vitesse de marche les yeux bands, cf. AIPCR 1999.

E.2

Notes

Table des matiresA1 2 3Partie A - Le rle de ltude spcifique des dangers dans le dossier de scuritNature de ltude Place de ltude dans le dossier de scurit Recommandations aux matres douvrage et aux exploitants3.1. 3.2. 3.3. 3.4. Le matre douvrage et lexploitant doivent simpliquer fortement Il ne doit pas y avoir dambigut sur les caractristiques de ltat de rfrence pris en compte Les outils de modlisation doivent tre utiliss avec discernement LESD doit tre un document pdagogique fondateur

33 4 66 7 7 8

B1 2 3

Partie B - Mthodologie et contenu de lESDPrsentation du tunnel et de son environnement Description fonctionnelle du tunnel Identification des dangers et choix des scnarios3.1. 3.2. 3.3. 3.4. Dfinitions Identification des dangers Choix des vnements dclenchants Choix des scnarios associs aux vnements dclenchants

99 10 1111 11 12 13

4

tude des scnarios4.1. 4.2. 4.3. Droulement dun scnario lments standardiss pour ltude des scnarios Reprsentation du mouvement des fumes

1414 15 17

5

Synthse

18

Annexes

A B C D E

Liste guide pour lidentification des dangers lments pour lapprciation des risques daccidents et dincendies Standardisation des termes sources dincendie et MD Spcifications pour la modlisation du mouvement des fumes Modlisation du comportement des usagers

A.1 A.4 B.1 B.4 C.1 C.12 D.1 D.8 E.1 E.2

la demande du comit dvaluation de la scurit des tunnels routiers (CESTR), le centre d'Etudes des Tunnels (Cetu) a constitu un groupe de travail afin de produire un guide destin lensemble des personnes concernes par les dossiers de scurit des tunnels routiers. Ce groupe de travail a t compos de reprsentants du Cetu, de la Mission Transports des Marchandises Dangereuses de la Direction des Transports Terrestres (DTT-MTMD), de l'Institut National de lEnvironnement Industriel et des Risques (Ineris), de bureaux d'tudes, de matres douvrage et dexploitants, certains participants tant galement membres du CESTR. Le Centre de Gestion Scientifique de l'cole Nationale Suprieure des Mines de Paris (CGS-ENSMP) a apport un soutien mthodologique et oprationnel au groupe ainsi constitu. Les travaux de ce groupe se sont notamment appuys sur une analyse dtaille confie au bureau dtudes Docalogic Inflow concernant les modalits dlaboration et le contenu dtudes spcifiques des dangers (ESD) ralises pour plusieurs tunnels routiers franais reprsentatifs.

On trouvera ci - aprs la liste des participants aux runions du groupe : Michel Vistorky (Area), Pierre Kohler (Bonnard et Gardel SA), Yves Trottet (Bonnard et Gardel S.A.), ric Cesmat (CSTB), Pascal Beria (DDE 13), Marilou Marti (DDE 13), Philip Berger (Docalogic Inflow), Romain Cailleton (DTT-MTMD), Daniel Fixari (ENSMP-CGS), Philippe Cassini (Ineris), Raphal Defert (Ineris), Emmanuel Plot (Ineris), Emmanuel Ruffin (Ineris), Johann Lecointre (Ligeron SA), Philippe Pons (Ligeron SA), Eric Boisguerin (Scetauroute), Anne - Sophie Graipin (Scetauroute), Michel Legrand (Scetauroute), Pierre Merand (Scetauroute), Raymond Vaillant (Setec TPI), Pierre Carlotti (Cetu), Franois Demouge (Cetu), Nelson Gonalves (Cetu), Didier Lacroix (Cetu), Claude Moret (Cetu), Michel Prard (Cetu), Philippe Sardin (Cetu), Marc Tesson (Cetu).

centre dtudes des Tunnels Guide des dossiers de scurit des tunnels routiers : s Fascicule 0 s Fascicule 1 s Fascicule 2 s Fascicule 3 s Fascicule 4 s Fascicule 5 Finalits du dossier de scurit Modalits dlaboration du dossier de scurit Tunnels en exploitation de ltat des lieux ltat de rfrence Les tudes des risques lis au transport des marchandises dangereuses Les tudes spcifiques des dangers (ESD) Le plan dintervention et de scurit (PIS)25, avenue Franois Mitterrand Case n1 69674 Bron Cedex tlphone: 33 (0) 4 72 14 34 00 tlcopie: 33 (0) 4 72 14 34 30 ml: cetu @equipement.gouv.fr internet: www.equipement. gouv.fr/cetu

Ce fascicule a t conu pour apporter des lments utiles la ralisation de lESD, la fois aux personnes directement impliques dans les dcisions concernant la scurit en tunnel et aux bureaux dtudes.

C'est la demande du comit d'valuation de la scurit des tunnels routiers (CESTR) que le centre d'tudes des Tunnels (Cetu) a constitu un groupe de travail qui a labor le prsent fascicule.

ISRN EQ-CETU-03-4-FR Illustration couverture:Tunnel du Siaix Photo: CETU Conception-ralisation: actaes ditions

Pice matresse du dossier de scurit, ltude spcifique des dangers (ESD) prend en compte le tunnel comme un systme global, constitu par les usagers, louvrage lui - mme avec ses quipements et son environnement, lexploitant et les services dintervention et de secours.