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.

Devant le besoin de nouveaux outils d’aide à l’investigation post-incendie, cette thèse se propose d’évaluer le recours à des modèles numériques pour apprécier un scénario proposé par un expert. Pour cela, les conditions d’utilisation de la version 4 de Fire Dynamics Simulator (FDS) ont été déterminées dans une optique de reconstitution de sinistres. Une méthode a ensuite été développée afin de confronter les résultats des simulations aux observations faites lors de l’investigation : cette méthode se base sur l’utilisation de multiples points de comparaison qui sont des effets thermiques ou mécaniques remarquables sur un matériau. Les résultats obtenus ont ensuite été utilisés pour la simulation de deux cas réels. Le premier s’attache à comparer, à des simulations, des mesures de propagation de flammes à la surface d’un matelas dans deux configurations différentes. Cela est réalisé afin d’évaluer le modèle de combustion solide de FDS dans différentes conditions de ventilation. La seconde application est la reconstitution d’un incendie ayant fait une victime dans un appartement. Ce second cas a été choisi dans le but d’évaluer les méthodes de simulation et d’utilisation des points de comparaison établies dans les premiers chapitres. / This work is intended to evaluate the use of numerical models to assess fire scenarios proposed by investigators. First chapter of this thesis is about theoretical fire phenomenon useful in the investigation frame. The second chapter is devoted to the validation of a CFD tool named Fire Dynamics Simulator (FDS) for fire reconstruction purposes. Guidance is developed in the third chapter in order to compare modelling results to degradations observed on fire scenes. It is explained how the accuracy of a scenario could be assessed using several comparison points, the thermal or mechanical effects on materials after a fire. Results obtained in previous chapters are finally applied on two cases. The first one is the comparison of fire spread velocities measured on two different experiments with simulations. This study is carried out to test FDS combustion model under ventilated and underventilated conditions. The second case is the reconstruction of a fire which killed the occupant of an apartment, the purpose of this work being to apply modelling and investigation guidance to a real case.

The impact of temperatures (up to 1000 °C) with various heating rates of 5 °C/min, 200 °C/min, 300 °C/min, and according to ISO 834 standard fire curve on physical, mechanical, and thermal properties, as well as thermo-mechanical behaviors of granites were investigated. A new methodology was proposed for the heterogeneity characterization of rocks at the grain-size level in numerical simulation. The thermo-mechanical constitutive law is developed by combining the temperature-dependent relations of granite properties with classical Mohr-Coulomb model with strain-softening and tension cut-off. The proposed modelling strategy is able to replicate the thermal induced cracking which results in reduced peak strength, pronounced softening and transition from brittle to ductile behaviour. Research results help to understand the damage mechanisms of granite caused by fire or other high temperature conditions, and can be used to develop guidelines for repair and maintenance as well as assessment of risks of tunnels and historical buildings after fire accidents.