En raison de sa nature hautement inflammable, l’hydrogène constitue un risque technologique important et son utilisation nécessite un très haut niveau de sûreté. Le travail de thèse présenté dans ce mémoire a été réalisé en collaboration avec EDF et s’inscrit dans le cadre des études de sécurité liées à la libération d’hydrogène dans un des locaux de l’îlot nucléaire. Le dégagement d’une fuite peut, en effet, entraîner la formation d’une atmosphère inflammable, qui peut exploser et provoquer des graves dégâts.Cette étude vise ainsi à apporter une meilleure compréhension des phénomènes de dispersion et de déflagration à l’issue d’une fuite d’hydrogène. Les résultats expérimentaux obtenus à échelle de laboratoire sont comparés aux simulations numériques obtenues via le logiciel FLACS. Un plan détaillé a donc été élaboré, en divisant le mémoire en deux parties : dispersion et déflagration. Pour chaque partie, un point bibliographique est proposé, ainsi qu’une description des dispositifs expérimentaux utilisés. Une partie expérimentale et numérique est présentée pour chacun des deux phénomènes. Les travaux réalisés ici ont donc permis d’obtenir une analyse réelle et complète du phénomène de rejet d’hydrogène en milieu fermé et obstrué et d’explosion de mélange hétérogène hydrogène-air à petite et grande échelle. Les cas les plus pénalisants en termes de concentration maximale et gradient de concentration ont été identifiés à travers une étude paramétrique sur l’influence du débit et de la position du rejet sur la dispersion. Les conséquences lors de la déflagration de ces mélanges hydrogène-air ont ensuite été étudiées à travers l’analyse de l’onde de pression et de la propagation de la flamme. / The highly combustible nature of hydrogen poses a great hazard and its use imposes an accurate analysis of risk characterization and consequences to protect the installation and to reduce the potential risk. This thesis has been done in collaboration with EDF and it is included in the context of the explosion risks of an air hydrogen mixture in a room of the nuclear facility where there is a risk of accidental release. Indeed, the hydrogen can disperse quickly and burn easily in the presence of an ignition source causing heavy damage. The goal of this study is to provide a better understanding of the phenomena of dispersion and deflagration after an accidental release of hydrogen. Experimental results obtained at small scale are compared with numerical simulations obtained using FLACS code. A detailed plan has been drawn up, dividing the thesis into two parts: dispersal and deflagration. For each part, a bibliographic point is proposed, as well as a description of the experimental devices used. An experimental and numerical part is presented for each of the two phenomena. The studies carried out here have thus enabled us to obtain a real and complete analysis of the phenomenon of closed and clogged hydrogen discharge and small-scale and large-scale heterogeneous hydrogen-air mixture explosion. The most penalizing cases in terms of maximum concentration and concentration gradient were identified through a parametric study on the influence of the flow rate and the position of the rejection on the dispersion. The consequences during the explosion of these hydrogen-air mixtures were then studied through the analysis of the pressure wave and the propagation of the flame.

Les supernovæ de type Ia (SNe Ia) sont devenues un outil important pour retracer l'expansion de notre Univers, leur étude est donc importante pour la cosmologie. Le modèle le plus populaire est celui de l'explosion d'une naine blanche (NB) accrétante dont la contraction relance la combustion sous la forme d'une déflagration subsonique, qui transiterait ensuite en une détonation supersonique. Ce scénario de détonation retardée repose sur un mécanisme physique de Transition Déflagration-Détonation (TDD) encore très mal compris, que nous étudions dans cette thèse.Les modèles actuels de détonation retardée reproduisent les observations en se fondant sur le mécanisme des gradients de Zel'dovich. Cependant, les échelles d'ignition n'étant pas résolues, ces simulations n'expliquent pas à elles seules la TDD, phénomène mal compris, même sur Terre, lorsqu'il s'agit de milieux non-confinés. D'autre part, ce mécanisme requiert une turbulence trop intense et impose des conditions probablement trop restrictives.C'est dans ce contexte que nous avons proposé un nouveau mécanisme de TDD: le chauffage acoustique de l'enveloppe du progéniteur. Un modèle simplifié, en géométrie plane, permet de mettre en évidence l'amplification d'ondes acoustiques (générés par une flamme turbulente) dans un gradient de densité similaire à ceux d'une NB. Selon leur fréquence et leur amplitude, leur amplification peut aller jusqu'à la formation d'un choc suffisamment fort pour initier une détonation. Ensuite, ce mécanisme est analysé en géométrie sphérique dans le cadre plus réaliste d'une NB en expansion. Une étude paramétrique montre la validité de notre mécanisme sur une gamme raisonnable de fréquences et d'amplitudes acoustiques.Finalement, quelques simulations MHD 2D et 3D, où l'on recherche une source de perturbations acoustiques, sont présentées pour démontrer le caractère réaliste de notre nouveau mécanisme de TDD.

L'opto-pyrotechnie (amorçage de la détonation par système optique) est l'une des innovations les plus prometteuses en termes de fiabilité, de sécurité et de performances pour les futurs lanceurs spatiaux. Le but de la thèse est d'étudier et de modéliser le premier des deux étages d'un Détonateur Opto-Pyrotechnique, constitué d'un explosif confiné dans une chambre de combustion fermée où se déroulent les premières phases d'une Transition Déflagration-Détonation. L'amorçage par laser de l'explosif puis la combustion en chambre isochore sont traités par le code EFAE, lequel est couplé au logiciel LS-DYNA qui simule la déformation et la rupture du disque de fermeture de la chambre, puis la propulsion du projectile résultant vers le second étage. En parallèle, diverses techniques expérimentales (adsorption de gaz, vélocimétrie hétérodyne, microscopie) ont mis en valeur plusieurs procédés physiques, ce qui a permis de tester le couplage entre EFAE et LS-DYNA, puis de déterminer et de hiérarchiser les paramètres affectant les critères industriels.

Les supernovæ de type Ia (SNe Ia) sont devenues un outil important pour retracer l'expansion de notre Univers, leur étude est donc importante pour la cosmologie. Le modèle le plus populaire est celui de l'explosion d'une naine blanche (NB) accrétante dont la contraction relance la combustion sous la forme d'une déflagration subsonique, qui transiterait ensuite en une détonation supersonique. Ce scénario de détonation retardée repose sur un mécanisme physique de Transition Déflagration-Détonation (TDD) encore très mal compris, que nous étudions dans cette thèse.Les modèles actuels de détonation retardée reproduisent les observations en se fondant sur le mécanisme des gradients de Zel'dovich. Cependant, les échelles d'ignition n'étant pas résolues, ces simulations n'expliquent pas à elles seules la TDD, phénomène mal compris, même sur Terre, lorsqu'il s'agit de milieux non-confinés. D'autre part, ce mécanisme requiert une turbulence trop intense et impose des conditions probablement trop restrictives.C'est dans ce contexte que nous avons proposé un nouveau mécanisme de TDD: le chauffage acoustique de l'enveloppe du progéniteur. Un modèle simplifié, en géométrie plane, permet de mettre en évidence l'amplification d'ondes acoustiques (générés par une flamme turbulente) dans un gradient de densité similaire à ceux d'une NB. Selon leur fréquence et leur amplitude, leur amplification peut aller jusqu'à la formation d'un choc suffisamment fort pour initier une détonation. Ensuite, ce mécanisme est analysé en géométrie sphérique dans le cadre plus réaliste d'une NB en expansion. Une étude paramétrique montre la validité de notre mécanisme sur une gamme raisonnable de fréquences et d'amplitudes acoustiques.Finalement, quelques simulations MHD 2D et 3D, où l'on recherche une source de perturbations acoustiques, sont présentées pour démontrer le caractère réaliste de notre nouveau mécanisme de TDD. / Type Ia supernovae are an important tool to determine the expansion history of our Universe. Thus, considerable attention has been given to both observations and models of these events. The most popular explosion model is the central ignition of a deflagration in the dense C+O interior of a Chandrasekhar mass white dwarf, followed by a transition to a detonation (TDD). We study in this thesis a new mechanism for this transition.The most robust and studied progenitor model and the postulated mechanism for the TDD, the so called 'Zel'dovich gradient mechanism', are presented. State of the art 3D simulations of such a delayed detonation, at the price of some adjustments, can indeed reproduce observables. But due to largely unresolved physical scales, such simulations cannot explain the TDD by themselves, and especially, the physical mechanism which triggers this transition - which is not yet understood, even on Earth, for unconfined media. It is then discussed why the current Zel'dovich mechanism might be too constraining for a SN Ia model, pointing to a new approach, which is the core result of this thesis.In the final part, our alternative model for DDT in supernovae, the acoustic heating of the pre-supernova envelope, is presented. A planar model first proves that small amplitude acoustic perturbations (generated by a turbulent flame) are actually amplified in a steep density gradient, up to a point where they turn into shocks able to trigger a detonation. Then, this mechanism is applied to more realistic models, taking into account, in spherical geometry, the expanding envelope. A parametric study demonstrates the validity of the model for a reasonable range of acoustic wave amplitudes and frequencies.To conclude, some exploratory 2D and 3D MHD simulations, seeking for realistic acoustic source compatible with our mechanism, are presented.

La rupture dynamique des réservoirs métalliques pressurisés résulte de la compétition entre la fissuration de la paroi et la sortie du fluide qui en est à l'origine. Pour comprendre ce phénomène, deux études expérimentales ont été mises en œuvre.<br />· La première a consisté à soumettre des plaques métalliques à des chargements sous forme d'explosions, et à examiner leur mode de fissuration. Les vitesses de fissuration semblent indépendantes du chargement, tandis que la taille des fragments augmente avec la violence de l'explosion.<br />· La deuxième a consisté à faire exploser des enceintes d'environ vingt litres. Elle a permis de confirmer une partie des tendances observées précédemment.

L’opto-pyrotechnie (amorçage de la détonation par système optique) est l’une des innovations les plus prometteuses en termes de fiabilité, de sécurité et de performances pour les futurs lanceurs spatiaux. Le but de la thèse est d’étudier et de modéliser le premier des deux étages d’un Détonateur Opto-Pyrotechnique, constitué d’un explosif confiné dans une chambre de combustion fermée où se déroulent les premières phases d’une Transition Déflagration-Détonation. L’amorçage par laser de l’explosif puis la combustion en chambre isochore sont traités par le code EFAE, lequel est couplé au logiciel LS-DYNA qui simule la déformation et la rupture du disque de fermeture de la chambre, puis la propulsion du projectile résultant vers le second étage. En parallèle, diverses techniques expérimentales (adsorption de gaz, vélocimétrie hétérodyne, microscopie) ont mis en valeur plusieurs procédés physiques, ce qui a permis de tester le couplage entre EFAE et LS-DYNA, puis de déterminer et de hiérarchiser les paramètres affectant les critères industriels. / Opto-pyrotechnics (ignition of detonation by optical systems) is one of the most promising innovations to improve reliability, safety and performances on future space launchers. This thesis aims at studying and modeling the first stage from a two-stage opto-pyrotechnic detonator that consists of a condensed explosive confined in a closed combustion chamber, in which the beginning of a Deflagration-to-Detonation Transition occurs. The laser ignition of the explosive and its isochoric combustion are modeled by the EFAE code. This code is coupled with LS-DYNA software to deal with the deformation and the rupture of the metallic disk that closes the combustion chamber, and then with the subsequent propulsion of the projectile to the second stage. In parallel, various experimental technics (gas adsorption, photonic Doppler velocimetry, microscopy) have underlined several physical processes that allow first to test the coupling between EFAE and LS-DYNA, then to determine and classify influent parameters that affect the industrial specifications.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre de deux projets, l'un européen, BASIS (Blast Actions on Structure In Steel), et l'autre français BATIRSÛR (Bâtiment en acier en zone PPRT de surpression), qui visent à mieux appréhender la vulnérabilité des bâtiments à ossature métallique face à un aléa de surpression. En particulier, ce travail a consisté à étudier les interactions entre une onde de souffle et une structure afin de caractériser le chargement global induit par une explosion. À partir de la génération d’ondes de souffle par détonation ou déflagration d'une charge gazeuse de propane oxygène, des campagnes expérimentales à petite échelle ont été conduites. Elles ont permis de mettre en défaut pour les faibles niveaux de surpressions étudiés (< 200 mbar) certaines approches simplifiées existantes. Des alternatives ont alors été proposées. Les coefficients de réflexion, caractérisant le chargement, ont été mesurés. De nouvelles valeurs sont proposées, notamment pour caractériser la diffraction d'une onde issue d'une déflagration. Les données du chargement résultant d’une déflagration et d’une détonation ont été comparées dans des configurations identiques. La propagation en champ libre de l’onde de souffle issue d’une déflagration a été reproduite au moyen du modèle du piston sphérique. Pour une de détonation, un modèle prédictif de ballon d'air comprimé, reposant sur la donnée de la masse volumique et l’énergie interne spécifique de l’explosif, a été développé et validé en champ lointain par comparaison avec les essais expérimentaux. Son utilisation a permis de mettre en évidence les atouts et les limites des simulations numériques pour reproduire le chargement. / The work presented in this thesis fall within two project, one European, BASIS (Blast Actions on Structure In Steel), and the other French BATIRSÛR (steel building in PPRTs area overpressure), which both aimed at better understanding the vulnerability of metal framed buildings against an overpressure hazard. In particular, our objective was to study the interaction between a shock wave and a structure in order to characterize the overall loading induced by an explosion. From the generation of blast wave by deflagration or detonation of an oxygen propane mixture, small-scale experimental campaigns were conducted. These experimental campaigns highlighted for low levels of overpressure (<200 mbar) some limitations in the existing simplified approaches. Alternatives have then been given. Reflection coefficients, characterizing the loading, were measured. New values were obtained, especially to characterize the diffraction. Data resulting from deflagration and detonation we recompared under identical configurations. The free field propagation of the blast wave generated by a deflagration was reproduced by using the model of the spherical piston. For a detonation, a predictive model of compressed balloon based on the data of the density and the specific internal energy has been developed and validated in far-field range using comparison with experimental tests. Its use has helped highlight the assets and limits of numerical simulation in order to reproduce the loading induced by a detonation.

Les incidents d'explosions intervenant sur les sites industriels sont souvent accompagnés de dégâts matériels et humains importants. Les dégâts varient d’une explosion à une autre, suggérant l’existence de mécanismes capables d’aggraver le scénario d’explosion. Réduire les risques d'explosion nécessite une compréhension fine des différents mécanismes mis en jeu. Avec l’augmentation considérable de la puissance de calcul, la simulation numérique est devenu une approche incontournable pour l’étude et la compréhension de ces scénarios. Cette thèse se focalise sur les explosions de gaz initiées par un noyau de flamme subsonique. Lorsque la flamme se propage dans un environnement offrant un haut niveau de confinement et d’obstruction, ce qui est souvent le cas des sites industriels, une forte accélération de la flamme est généralement observée, accompagnée d’une augmentation de la pression. Dans certains cas, l’accélération de la flamme peut conduire à l’initiation d’une onde de détonation. Ce scénario coïncide avec une augmentation brutale de la surpression et donc une aggravation des dégâts observés. Pour reproduire des conditions de confinement et d’obstruction représentatives des sites industriels, l’université de Munich TUM a équipé une chambre confinée de 5.4m de long d’une série d’obstacles et analysé l’impact de ces obstructions sur la propagation de déflagrations hydrogène/air. Cette étude expérimentale a montré une forte influence de la richesse du mélange sur l’accélération de la flamme. Une transition à la détonation est notamment observée pour une certaine gamme de richesse. Cette configuration est donc idéale pour étudier les mécanismes d’accélération de flamme ainsi que les conditions qui peuvent mener à l’initiation de détonations. Une étude numérique des deux scénarios a été menée mêlant simulations directes (DNS) et simulations aux grandes échelles (LES):-Pour un mélange d’hydrogène/air pauvre, une forte accélération de la flamme est observée expérimentalement sans transition à la détonation. Les grandeurs caractéristiques de l’explosion ont été reproduites avec des simulations aux grandes échelles (LES). Plusieurs mécanismes d’accélération de flamme ont été identifiés et attribués au haut niveau de confinement et de congestion dans la chambre. Le couplage de ces mécanismes explique les grandes vitesses de propagation observées. -Pour un mélange stoechiométrique, une transition à la détonation est observée. Cette thèse s’est focalisée sur les instants précédant l’initiation de la détonation afin de caractériser les conditions nécessaires pouvant mener à cet événement soudain, en se basant sur une approche de simulation directe (DNS). Une attention particulière a été portée à l’influence du schéma cinétique sur ce scénario. Comme constaté dans bon nombre d’incidents industriels, les mesures préventives peuvent échouer. Le cas échéant, des procédures visant à contrôler l’impact des explosions doivent être utilisées pour éviter une catastrophe de grande ampleur. L’utilisation d’inhibiteurs chimiques est une technique qui a déjà fait ses preuves contre les feus. Elle consiste à injecter des poudres capables de réagir chimiquement avec la flamme et de réduire son taux de dégagement de chaleur. L’étude de l’interaction de ces particules solides avec la flamme correspond au deuxième volet de cette thèse. Un modèle simplifié de décomposition de ces particules solides (HetMIS) a été développé dans un contexte LES. Deux aspects ont été explorés : 1) l’interaction unidimensionnel flamme/particule a permis d’établir un critère, basé sur la taille des particules, caractérisant l’efficacité des poudres dans le processus d’inhibition; 2) l’effet de la distribution spatial des particules sur la propagation de la flamme est analysé dans le but d’apporter une explication à certains résultats expérimentaux révélant un effet opposé des inhibiteurs dans certaines conditions. / Mining, process and energy industries suffer from billions of dollars of worldwide losses every year due to Vapour Cloud Explosions (VCE). Moreover, explosion accidents are often tragic and lead to a high number of severe injuries and fatalities. The VCE scenario is complex and controlled by various mechanisms. The interplay among them is still not entirely understood. Understanding all these intricate processes is of vital importance and requires detailed experimental diagnostics. Coupling accurate numerical simulations to well documented experiments can allow an elaborate description of these phenomena. This thesis focuses on explosions occurring on configurations that are either semi-confined or confined. In such configurations, the explosion is generally initiated by a mild ignition and a subsonic flame front emerges from the ignition source. An important feature of self-propagating flames lies in their intrinsically unstable nature. When they propagate in an environment with high levels of confinement and congestion, which is the case in most industrial sites, a Flame Acceleration (FA) process is often observed that can give rise to very fast flames, known for their destructive potential. In some cases, the FA process can create the appropriate conditions for the initiation of detonations, which corresponds to a rapid escalation of the explosion hazard. To reproduce the confinement and congestion conditions that one can find in industrial sites, the university of Munich TUM equipped a confined chamber with a series of obstacles and analysed the influence of repeated obstructions on the propagation of hydrogen/air deflagrations. This experimental study showed a strong influence of the mixture composition on the acceleration process. A Deflagration to Detonation Transition (DDT) has also been observed for a certain range of equivalence ratio. This configuration is therefore ideal to study the mechanisms of flame acceleration as well as the intricate DDT process. A numerical study of both scenarios is performed in this thesis: -First for a lean premixed hydrogen/air mixture, a strong flame acceleration is observed experimentally without DDT. The characteristic features of the explosion are well reproduced numerically using a Large Eddy Simulation (LES) approach. The crucial importance of confinement and repeated flame-obstacle interactions in producing very fast deflagrations is highlighted. -DDT is observed experimentally for a stoichiometric hydrogen/air mixture. This thesis focuses on the instants surrounding the DDT event, using Direct Numerical Simulations (DNS). Particular attention is drawn to the impact of the chemistry modelling on the detonation scenario. The failure of preventive measures is often observed in many explosion accidents. To avoid a rapid escalation of the explosion scenario, mitigative procedures must be triggered when a gas leak or an ignition is detected. Metal salts (like potassium bicarbonate and sodium bicarbonate) have received considerable attention recently because well-controlled experiments showed their high efficiency in inhibiting fires. The last part of the thesis focused on the mechanism of flame inhibition by sodium bicarbonate particles. First, criteria based on the particle sizes are established to characterize the inhibition efficiency of the particles. Second, two dimensional numerical simulations of a planar flame propagating in a stratified layer of very fine sodium bicarbonate particles showed that under certain conditions these powders can act as combustion enhancers. These results echo a number of experimental observations on the possible counter-effects of the inhibitors.

Pour répondre aux défis environnementaux actuels, des solutions en rupture par rapport aux turbomachines existantes sont actuellement encours de développement. Elles s’appuient sur des cycles thermodynamiques plus efficients.L’objectif de ces travaux de thèse est d’étudier expérimentalement les mécanismes de transition de régime de combustion pour ce type d'applications en utilisant un surrogate de kérosène, le n-décane. Pour cela, une déflagration est initiée dans une enceinte fermée et comprime les gaz frais. La pression et la température de ces derniers augmentent jusqu’à atteindre les conditions propices à l’apparition de l’autoinflammation.3 régimes de combustion successifs sont caractérisés dans la chambre de combustion au moyen de diagnostics optiques rapides. Un premier dégagement de chaleur associé à la flamme froide pré-oxyde les gaz frais, il est suivi du dégagement de chaleur principal (Main Heat Release,MHR). Pour les températures initiales de mélange les plus élevées, une détonation est observée à la fin du processus. Deux chemins de transition différents sont mis en évidence : la transition Déflagration-Auto-inflammation (DAIT) et la transition Déflagration-Auto-inflammation-Détonation (DAIDT). La sensibilité des transitions de régime aux conditions initiales de pression, de température et de richesse a été caractérisée au moyen de plusieurs études paramétriques. Dans ce but, les conditions de température, de pression et de composition du mélange sont calculées aux instants d’apparition des différents fronts réactifs (flamme froide, MHR et détonation). Il a notamment été observé que les dégagements de chaleur successifs de l’auto-inflammation se déroulaient aux mêmes températures (740 K pour la flamme froide et 1050 K pour le MHR)quelles que soient les conditions initiales. L’étude s’est concentrée ensuite sur l’analyse d’un point de fonctionnement particulier. L’étude de ce point de fonctionnement, différents vitesses de front d’auto-inflammation ont été observées, mettant en évidence le mécanisme de SWACER lors de la transition.Un critère de transition de régime depuis l’auto-inflammation proposé de Zander et al., dans le cadre d’études numériques, a été testé dans notre configuration expérimentale. Un critère modifié a été développé en lui adjoignant la notion d’effets de compressibilité dans l’écoulement réactif. L’application de ce critère à l’ensemble des essais permet de prédire l’apparition de la détonation dans les conditions où 0 et 100 % de DAIDT sont observés. Les différents domaines de transition de régime ont également été positionnés sur le diagramme de Bradley (ξ, ϵ). Les modes de combustion prédits par le diagramme sont consistants avec ceux qui sont atteints dans la chambre.L’influence de la distribution initiale de température sur les modes de combustion atteignables dans la chambre a été étudiée. Trois topologies d’auto-inflammation ont été mises en évidence pour trois distributions de température dans la chambre. Ces topologies sont séparées en deux catégories, celles privilégiant une direction particulière lors de l’auto-inflammation séquentielle et celle présentant un comportement tridimensionnel.Les essais ayant un comportement tridimensionnel présentent une très forte propension à la DAIDT mais une propagation lente des fronts d’auto-inflammation. Dans ce cas, un autre mécanisme de transition vers la détonation est mis en évidence : l’auto-inflammation d’une poche homogène de gaz génère des ondes de choc et déclenchent des auto-inflammations successives pendant leur propagation. Le couplage choc/front réactif entraine la formation de la détonation.Différents mécanismes de transition vers la détonation ont été observés et étudiés sur une large plage de conditions de pression, température,richesse et gradient thermique. Les résultats obtenus permettront d’appuyer les études numériques réalisées sur le sujet, manquant jusque-là de données expérimentales en conditions académiques. / To meet the current environmental challenges, breakthrough solutions compared to existing turbomachines are currently under development.They rely on the use of more efficient thermodynamic cycles.The objective of this thesis is to study experimentally the mechanisms of transition of combustion regime using a kerosene surrogate, n-decane.For this purpose, a deflagration is initiated in a closed chamber and compresses the fresh gases. The pressure and the temperature of the endgas increase until reaching the conditions favorable to the appearance of the autoignition in the chamber.3 successive combustion regimes are characterized in the combustion chamber by means of fast optical diagnostics. A first heat release,associated with the cool flame phenomenon, pre-oxidizes the fresh gases, it is followed by the Main Heat Release (MHR). For the highest initial temperatures, a detonation is observed at the end of the process. Two different transition paths are highlighted: the Deflagration-Autoignition Transition (DAIT) and the Deflagration-Autoignition-Detonation Transition (DAIDT).The sensitivity of regime transitions to the initial conditions of pressure, temperature and mixture composition was characterized by means of several parametric studies. For this purpose, the conditions of temperature, pressure and composition of the mixture are calculated at the onset of the different reactive fronts (cool flame, MHR and detonation). In particular, it has been observed that the successive heat releases of theauto-ignition start at the same temperatures (740 K for the cool flame and 1050 K for the MHR) whatever the initial conditions. The study, then, focused on the analysis of a particular operating point. During the study of this operating point different self-ignition front velocities were observed, highlighting the mechanism of SWACER during the transition.A regime transition criterion proposed by Zander et al. based on numerical studies has been tested in our experimental setup. A modified criterion has been developed to take into account compressibility effects in the reactive flow. The application of this criterion to all the dataset makes possible to predict the appearance of the detonation under the conditions where 0 and 100% of DAIDT are observed. The different regime transition domains have also been positioned on the Bradley diagram (ξ, ε). The modes of combustion predicted by the diagram are consistent with those reached in the chamber.The influence of the initial temperature distribution on the combustion modes achievable in the chamber has been studied. Three topologies of autoignition have been demonstrated for three initial temperature distributions in the chamber. These topologies are separated into two categories, those favoring a particular direction during sequential self-ignition and that exhibiting a three-dimensional behavior.Three-dimensional tests show a very high propensity for DAIDT but a slow spread of autoignition fronts. In this case, another mechanism of transition to detonation is evidenced: the self-ignition of an homogeneous gas pocket generates shock waves and triggers successive autoinflammations during their propagation. The shock coupling / reactive front causes the formation of the detonation. Different transition mechanisms to detonation have been observed and studied over a wide range of pressure, temperature, equivalence ratio and thermal gradient conditions. The obtained results will be useful to support the numerical studies carried out on the subject, which lacks experimental data in academic conditions.

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s’inscrivent dans le projet ANR BARPPRO réalisé dans le cadre de la réglementation française des PPRT pour les sites industriels classés SEVESO. L’objet est de proposer un outil pour le dimensionnement des barrières physiques de protection face à une déflagration de gaz. Une étude paramétrique à petite échelle est menée pour étudier l’effet protecteur d’une barrière physique. Un dispositif d’accélération de flamme a été conçu pour générer une vitesse de flamme sonique. Cela a permis de réaliser à petite échelle l’étude de l’impact de l’obstruction sur la vitesse de flamme et sur les paramètres de l’onde de pression. Ces résultats ont été confrontés aux modèles de la littérature. L’onde de pression incidente ainsi générée sert de donnée d’entrée et de référence dans l’étude de la barrière. Plusieurs paramètres de l’onde de pression sont étudiés : le temps d’arrivée, la surpression maximale et l’impulsion positive. L’influence de la hauteur du mur et de sa position par rapport à la source d’amorçage est traitée pour deux formes de barrière (droite et cylindrique) et pour deux mélanges hydrogène/air (stoechiométrique et de richesse 0.65). / This thesis is a part ANR BARPPRO project in the framework of the French regulation PPRTs for industrial Seveso sites. The goal of the present work is to provide a tool for the sizing of protective physical barriers against a gas explosion. A parametric study at small scale is conducted to investigate the protective effect of a physical barrier. For that purpose, a cylindrical device was developed to accelerate the flame gradually until reaching sonic flame speeds by increasing the obstruction inside the device. This has also led to the realization of a small-scale study about the impact of the obstruction on the flame speed and on the pressure wave’s characteristics. These results are compared with those obtained with models from the literature. The pressure wave generated by the acceleration device is used as input and reference in the barriers’ parametrical study. Several parameters of the pressure wave are considered: the arrival time, the maximum overpressure and the positive pulse. The influence of the wall height and position relative to the ignition source is processed for two barrier’s shapes (straight and cylindrical) and two hydrogen / air mixtures (stoichiometric and with an equivalence ratio of 0.65).