Ce travail est consacré à l'étude des interactions entre combustible, flamme et gouttes d'eau générées par des systèmes de type brouillard d'eau. Il est complété par le développement d'un modèle d'extinction dans le logiciel FDS (Fire Dynamics Simulator), code CFD largement utilisé dans la communauté scientifique et dans l'ingénierie. L'acquisition de connaissances sur les phénomènes physiques induits par l'application d'un spray sur un feu résulte de l'analyse d'une campagne expérimentale à échelle réelle. 84 essais de feux confinés et ventilés ont ainsi été réalisés faisant intervenir un brouillard d'eau et une instrumentation qui permet d'étudier l'influence sur l'extinction: du combustible, du temps de combustion avant déclenchement du brouillard d'eau, du diamètre du bac pour les feux de liquide inflammable, du nombre de buses et du placement du foyer. L'ajout d'un post-traitement au logiciel FDS sous la forme de bilans de masse et d'énergie dans le code permet de compléter les observations expérimentales et de quantifier l'importance des différents transferts thermiques avant et pendant l'aspersion d'eau. Deux modèles complémentaires permettent de déterminer l'extinction par refroidissement du combustible et par refroidissement de la flamme / inertage. Ils sont étudiés pour des cas appropriés sur les versions 5 et 6 de FDS. La capacité du code complet modifié à prédire l'extinction est évaluée / This work is devoted to the study of interactions between fuel, flame and water droplets generated by water mist systems. It is completed by an extinction model development in FDS (Fire Dynamics Simulator) software, which is a CFD code widely used by the scientific and engineering communities. Knowledge on physical phenomena induced by water application on fire is acquired thanks to an experimental campaign at real scale. 84 confined and ventilated fire tests have been carried out involving water mist and metrology allowing to study the influence on extinction of: fuel, combustion time before water mist application, pool diameter for liquid fuel fires, number of nozzles and fuel location. A post-processing in the form of mass and energy balances has been added to FDS, allowing to complete experimental observations and to quantify the different heat transfer modes before and during water application. Two complementary models allow extinction determination by fuel cooling and flame cooling / inerting effects. Their capability is analyzed for appropriate cases on the versions 5 and 6 of FDS. The capability of the complete modified code to predict extinction is finally evaluated

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de l'interaction entre une aspersion par brouillard d'eau et un feu. Il s'appuie sur une modélisation existante figurant dans le code à champs « Fire Dynamics Simulator ». L'approche consiste en premier lieu à appréhender, par le biais d'une synthèse bibliographique, les phénomènes physiques mis en jeu lors d'un feu en tunnel et lors d'une aspersion par brouillard d'eau. Ensuite, un travail d'évaluation est mené. L'évaluation se veut évolutive, en commençant par des cas simples à l'échelle du laboratoire afin de travailler le plus indépendamment possible sur certaines parties du modèle d'aspersion, pour ensuite s'intéresser à la configuration tunnel. Ce travail d'évaluation permet de mieux cerner les aptitudes du code à simuler les phénomènes physiques mis en jeu lors d'un feu en tunnel soumis ou non à une aspersion. Des comparaisons sont effectuées avec plusieurs essais réalisés entre 2005 et 2008 sur une maquette de tunnel à échelle 1/3. Une fois cette évaluation accomplie, l'outil est exploité pour améliorer notre compréhension des phénomènes d'interaction entre le brouillard d'eau, la ventilation du tunnel et le feu. En particulier, l'influence de l'aspersion sur l'écoulement longitudinal est analysée, le rôle énergétique du brouillard d'eau est mesuré et les modes de transfert de chaleur associés aux gouttes sont quantifiés. Cette exploitation permet également d'évaluer numériquement l'influence de quelques paramètres sur l'efficacité de l'aspersion telles que la vitesse de ventilation longitudinale, la puissance du feu et la taille des gouttes pulvérisées. En dernier lieu, le code champs est exploité dans le cadre d'une étude numérique exploratoire en vue d'une campagne d'essais en bâtiment pour appréhender l'interaction entre l'aspersion, la nappe de fumée et le désenfumage mécanique / This work deals with the study of the phenomena involved when a water mist is sprayed in a tunnel fire environment. It relies on an extensive use of numerical simulations using the CFD code "Fire Dynamics Simulator". The first chapter of this thesis provides an overview of the tunnel fire characteristics and the phenomena involved when the water mist is sprayed. A bibliographical review on the research on tunnel fires with or without any mitigation system is conducted, allowing to outline the reason and the context for this research. In the second and third chapters, the computational tool undergoes testing. It is verified and validated based on comparison with analytical solutions and experimental cases of increasing complexity: from the laboratory scale for assessing one particular part of the water spray model (chapter 2) up to the tunnel scale (chapter 3). For the last case, the code validation makes use of the results of a reduced scale (1/3rd) tunnel fire test campaign conducted between 2005 and 2008. Once the validation is achieved, the computational tool is used intensively in the third chapter in order to improve the understanding of the interaction phenomena between water mist, tunnel longitudinal ventilation and fire. In particular, the water mist influence on the tunnel air flow is studied, the water mist heat contribution is quantified and the heat transfered to the droplets is identified. Furthermore, the CFD code is used to assess the impact of the longitudinal air velocity, the heat release rate and the water droplet size on the water mist efficiency. The last chapter illustrates how a CFD code can be used on a given situation, here a compartment fire test campaign, in order to foresee the interaction between the water mist, the smoke layer and the smoke extraction.