Aujourd'hui en France, l'évaluation de la performance de stratégies de sécurité à déployer pour mettre un bâtiment en sécurité vis-à-vis de l'incendie repose sur une étude d'ingénierie en sécurité incendie. Cette étude a pour objectif l'estimation du risque incendie pour différentes stratégies, et pour des scénarios d'incendies jugés pertinents. Pour parvenir à cette estimation, le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment français (CSTB) a mis au point un outil de simulation appelé SCHEMA-SI. Cet outil utilise des réseaux de Petri prédicat-transition différentiels orientés objets et des simulations de Monte Carlo pour générer de multiples scénarios d'incendie. Ces scénarios sont ensuite utilisés pour évaluer le risque incendie encouru avec une stratégie de sécurité. La stratégie est alors jugée d'autant plus performante que le risque incendie est faible. L'objectif de la thèse consiste à contribuer au développement d'une méthode d'analyse de risque incendie utilisant l'outil de simulation SCHEMA-SI. La réflexion a débuté par la définition de ce que devrait être cette méthode. A ce stade, il est apparu que l'une des difficultés que la méthode doit surmonter est celle de la mise en donnés du problème par un groupe d'acteurs impliqués dans la sécurité incendie du bâtiment étudié. Pour résoudre cette difficulté, une méthode de modélisation spécifique a été construite. Cette méthode, baptisée ISI-Systema, repose sur deux fondements principaux : d'une part, un langage graphique de modélisation permettant au groupe d'acteurs de réfléchir à la mise en données du problème en s'appuyant sur une approche systémique ; d'autre part, une démarche de traduction des modèles graphiques obtenus avec le langage systémique en réseaux de Petri compatibles avec SCHEMA-SI.Enfin, une application pratique de cette méthode de modélisation est proposée.

La réglementation de la sécurité est un des déterminants principaux de la sécurité du transport maritime. Depuis la fin du 20ème siècle, de nouvelles approches normatives fondées sur les risques viennent compléter la configuration traditionnelle - déterministe et prescriptive - de la réglementation de la sécurité. Nos travaux de recherche traitent de l'intérêt des techniques d'évaluation du risque pour la réglementation de la sécurité. Le travail méthodologique de production et d'organisation des concepts théoriques et des apports de terrain relatifs aux configurations réglementaires " non traditionnelles " permet de formaliser l'utilisation des techniques d'évaluation du risque et de proposer des aspects influençant le choix des techniques. Deux méthodes d'évaluation du risque sont améliorées - relatives à (i) l'évaluation formelle de la sécurité à utiliser dans le cadre du processus d'élaboration de règles, et aux (ii) conceptions alternatives pour la sécurité incendie à utiliser dans le cadre de conceptions de navire ne répondant pas aux exigences réglementaires classiques - et mises en oeuvre, respectivement, pour la sécurité des vraquiers et pour un espace public de navires à passagers. A travers ce travail, nous avons pu mettre en évidence l'utilisation potentielle de l'évaluation du risque pour la réglementation de la sécurité, et dégager les grandes lignes structurant ces approches.

Aujourd'hui en France, l'évaluation de la performance de stratégies de sécurité à déployer pour mettre un bâtiment en sécurité vis-à-vis de l'incendie repose sur une étude d'ingénierie en sécurité incendie. Cette étude a pour objectif l'estimation du risque incendie pour différentes stratégies, et pour des scénarios d'incendies jugés pertinents. Pour parvenir à cette estimation, le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment français (CSTB) a mis au point un outil de simulation appelé SCHEMA-SI. Cet outil utilise des réseaux de Petri prédicat-transition différentiels orientés objets et des simulations de Monte Carlo pour générer de multiples scénarios d'incendie. Ces scénarios sont ensuite utilisés pour évaluer le risque incendie encouru avec une stratégie de sécurité. La stratégie est alors jugée d'autant plus performante que le risque incendie est faible. L'objectif de la thèse consiste à contribuer au développement d'une méthode d'analyse de risque incendie utilisant l'outil de simulation SCHEMA-SI. La réflexion a débuté par la définition de ce que devrait être cette méthode. A ce stade, il est apparu que l'une des difficultés que la méthode doit surmonter est celle de la mise en donnés du problème par un groupe d'acteurs impliqués dans la sécurité incendie du bâtiment étudié. Pour résoudre cette difficulté, une méthode de modélisation spécifique a été construite. Cette méthode, baptisée ISI-Systema, repose sur deux fondements principaux : d'une part, un langage graphique de modélisation permettant au groupe d'acteurs de réfléchir à la mise en données du problème en s'appuyant sur une approche systémique ; d'autre part, une démarche de traduction des modèles graphiques obtenus avec le langage systémique en réseaux de Petri compatibles avec SCHEMA-SI.Enfin, une application pratique de cette méthode de modélisation est proposée. / Nowadays in France, building fire safety strategy performance analysis relies on a fire engineering study. This kind of study aims at calculating fire risk for several strategies and for fire scenarios judged as relevant. In order to achieve risk calculation, the French Scientific and technical Building Center (CSTB) has developed a simulation tool called SCHEMA-SI. This tool is based on object-oriented differentiai predicate-transition Petri nets and on Monte Carlo simulations and is built to generate a large number of fire scenarios. Obtained scenarios are hence used to evaluate fire risk related to the strategy to evaluate. The lower the fire risk is obtained, the more efficient the strategy is considered. This thesis aims at contributing to the development of a SCHEMA-SI based fire risk assessment method. This thesis starts by a definition of what this method should be. At this stage, it appears that one of the difficulties to overcome is the one of the problem definition by a group of fire safety concerned people. In arder to solve this difficulty, a modeling method has been developed. This method, so-called ISI-Systema, relies on two main basements: in on hand, on a graphic modeling language created to allow a group of people to think about the problem definition by using a systemic approach ; on the other hand, on a SCHEMA-SI compatible Petri net - graphic model translation procedure. At last, a case study is proposed.

L'utilisation d'appareils électriques, comme une cuisinière, par des personnes en perte d'autonomie représente souvent un risque important pour eux et leur environnement. Afin de réduire ce risque tout en permettant à ces personnes de poursuivre leurs activités, un projet de détection de danger par imagerie thermique a été mis sur pied. Ce projet a permis de réaliser un prototype fonctionnel permettant d’évaluer le danger associé aux activités de cuisson à l’aide d’un traitement à base d’intelligence artificielle et d'en informer l'usager. Les résultats laissent présager que l'approche utilisée pourrait permettre de détecter des dangers de brulure, ce qui représente un important gain sur les produits de sécurité existants. Par exemple, l'approche utilisant la logique floue se montre très utile pour différencier les types de dangers alors que l'approche utilisant des réseaux de neurones offre un plus grande précision sur une détection binaire de danger ou sécurité. À partir de ce prototype fonctionnel, un produit autonome, simple à installer et offrant une rétroaction appropriée à l'usager sur le niveau de danger de son usage de la cuisinière pourrait être développé.

Lors des études de désenfumage, le recours à la mécanique des fluides numérique, par l’emploi de codes tridimensionnels (CFD), est de plus en plus employé. Cependant, suite aux études de Dalmarnock (2007) et d’Arcueil (2009), il a été montré que les résultats numériques peuvent s’éloigner de façon significative des résultats expérimentaux. Ces différences peuvent être notamment induites par des faibles erreurs de certains paramètres clés, ce qui limite l’utilisation prédictive de ces codes dans les études d’ingénierie de la sécurité incendie. Dans ce cadre, cette thèse est consacrée à la simulation numérique d’écoulement induit par une source de chaleur. Les simulations sont réalisées avec le code FDS, largement utilisé par la communauté incendie, afin d’étudier sa capacité à reproduire la dynamique de ces écoulements. L’étude se porte principalement sur la simulation d’un panache, créé par une plaque chauffante, avec une comparaison détaillée à des résultats expérimentaux. Les résultats des simulations montrent que, les profils radiaux des statistiques en un point de vitesse et température d’ordre 1 et 2, sont en très bon accord avec les résultats de la littérature. Les évolutions des flux de masse, de flottabilité et de quantité de mouvement, ainsi que celle du nombre de Richardson du panache, sont également bien reproduites. Après avoir validé la simulation, l’évolution du coefficient d’entraînement avec la hauteur a pu être examinée en détail, montrant que ce coefficient diminue en s’éloignant de la source de chaleur, passant de 0.4 en partie proche de la source à 0.1 en partie éloignée. Cette évolution a pu être expliquée par une dépendance du coefficient d’entraînement avec le nombre de Richardson local du panache et le rapport des masses volumiques entre le panache et l’air ambiant. La thèse a également permis de montrer que les variables étudiées sont sensibles à différents modèles de sous maille. Pour finir, une méthodologie a été proposée pour étudier la sensibilité de différents paramètres d’entrée de simulation et appliquée sur un cas réaliste d’incendie dans un bâtiment. Cette analyse a permis de mettre en évidence plusieurs paramètres explicites (paramètres définis en concertation avec le propriétaire du bâtiment, les services d’incendie et les autorités compétentes) qui modifient les résultats de la simulation : la puissance du foyer, le débit d’extraction des gaz chauds, mais également certains paramètres implicites (paramètres définis par le modélisateur) comme le débit d’insufflation au niveau des entrées d’air frais. / Fire Safety Engineering studies often rely on the use of Computational Fluid Dynamics, but several recent studies (e.g. Dalmarnock 2007, Arcueil Numérique 2009) have highlighted significant differences between experimental data and the results of numerical simulations. The numerical models are often rather sensitive to the choice of boundary conditions, and may depend on key parameters which are poorly understood. The research presented in this thesis addresses some of these questions, using the CFD code FDS to simulate a set of experimental test cases, and to test the sensitivity of the simulations to different input parameters. The general configuration studied is that of a thermal plume generated by a heated plate, either rising freely or else impacting on a ceiling. Radial profiles of 1st and 2nd order statistics of temperature and velocity agree well with published data, as does the axial variation of Mass, Momentum and Buoyancy fluxes, and the local Richardson number. A detailed study of the entrainment coefficient shows that this varies with distance from the heat source, between about 0.4 and 0.1; this is explained by the dependence of entrainment on the local Richardson number and the density difference between the plume and the ambient air. The comparison between simulations has also been used to investigate the applicability of different sub-grid scale models for this type of flow. Finally, a methodology has been developed for evaluating the sensitivity of the calculations to different input parameters, and the method has been applied to a test configuration representing a fire in a building. The results show the relative importance of both explicitly-defined parameters that characterize the situation (thermal power of the fire, ventilation regime inside the building) and implicit model parameters.

Aujourd'hui en France, l'évaluation de la performance de stratégies de sécurité à déployer pour mettre un bâtiment en sécurité vis-à-vis de l'incendie repose sur une étude d'ingénierie en sécurité incendie. Cette étude a pour objectif l'estimation du risque incendie pour différentes stratégies, et pour des scénarios d'incendies jugés pertinents. Pour parvenir à cette estimation, le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment français (CSTB) a mis au point un outil de simulation appelé SCHEMA-SI. Cet outil utilise des réseaux de Petri prédicat-transition différentiels orientés objets et des simulations de Monte Carlo pour générer de multiples scénarios d'incendie. Ces scénarios sont ensuite utilisés pour évaluer le risque incendie encouru avec une stratégie de sécurité. La stratégie est alors jugée d'autant plus performante que le risque incendie est faible. L'objectif de la thèse consiste à contribuer au développement d'une méthode d'analyse de risque incendie utilisant l'outil de simulation SCHEMA-SI. La réflexion a débuté par la définition de ce que devrait être cette méthode. A ce stade, il est apparu que l'une des difficultés que la méthode doit surmonter est celle de la mise en donnés du problème par un groupe d'acteurs impliqués dans la sécurité incendie du bâtiment étudié. Pour résoudre cette difficulté, une méthode de modélisation spécifique a été construite. Cette méthode, baptisée ISI-Systema, repose sur deux fondements principaux : - d'une part, un langage graphique de modélisation permettant au groupe d'acteurs de réfléchir à la mise en données du problème en s'appuyant sur une approche systémique ; - d'autre part, une démarche de traduction des modèles graphiques obtenus avec le langage systémique en réseaux de Petri compatibles avec SCHEMA-SI. Enfin, une application pratique de cette méthode de modélisation est proposée.

Si le nombre d'évènements générateurs de risques en tunnel routier est faible, plusieurs évènements récents ont montré que les incendies de véhicule peuvent rapidement prendre des proportions catastrophiques. Pour limiter les conséquences de tels évènements, la réglementation française impose aux exploitants de tunnels des dispositions techniques et des dispositions d'exploitation. Les premières reposent sur les moyens mis à disposition des usagers pour assurer leur propre sécurité. Les secondes consistent en particulier à mettre en place un dispositif d'analyse des évènements significatifs. A la lumière du retour d'expérience, force est de constater que le comportement observé des usagers n'est pas celui attendu. Comme dans d'autres domaines, le retour d'expérience en tunnel routier a d'abord été élaboré dans une optique « technique » et « quantitative ». Les progrès technologiques ayant permis d'atteindre un niveau de sécurité élevé, il est aujourd'hui nécessaire d'avoir une démarche qualitative qui inclut les aspects humains et organisationnels. Ce travail de recherche a été mis en place dans l'objectif d'intégrer dans le retour d'expérience la connaissance des fondements du comportement humain (usager et exploitant) lors des évènements en tunnel routier. Nous allons présenter une méthode de recueil de témoignage des usagers développée à partir des études menées sur le comportement des personnes en situation d'évacuation en cas de crises. Celle-ci a été utilisée au cours d'exercices de sécurité et à la suite d'événements réels. Elle apporte des éléments objectifs de compréhension du comportement des usagers face à des situations de danger permettant d'aller au-delà de certaines idées préconçues. Ils ont permis d'élaborer un modèle d'évacuation des usagers et de proposer des adaptations des dispositifs de sécurité réglementaires prévus pour l'évacuation des usagers.

Ce travail, mené conjointement entre CNPP et le Laboratoire d’Énergétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, est consacré à la mise en place d’un modèle d’évacuation de personnes, dans l’optique d’une application en Ingénierie de Sécurité Incendie. Le modèle de cheminement de personnes développé dans ce manuscrit est un modèle physique reposant sur une équation de conservation de la densité de personnes. Il est basé sur des hypothèses simples et réalistes résultant de l’observation de mouvements de foule, et utilise une vision macroscopique des personnes caractérisées par une densité moyenne. Ce modèle est mis en œuvre sur des cas de vérification et de comparaison issus de la littérature. Des expériences d’évacuation sont réalisées à échelle réelle afin de récolter des données quantitatives sur le mouvement des personnes et de valider de façon pertinente le modèle de cheminement de personnes. En outre, une stratégie est proposée afin d’intégrer dans la modélisation les contraintes thermiques et optiques liées au feu ainsi que leur impact sur le processus d’évacuation. Enfin, des simulations d’évacuation intégrant les effets du feu sont effectuées sur une configuration à grande échelle / This work was conducted as a collaboration between CNPP and the laboratory LEMTA. It was devoted to the implementation of an emergency egress model offering prospects for use in Fire Safety Engineering. The pedestrian movement model described in this manuscript is a physical model relying on a people density balance equation. This model is based on three fundamental assumptions resulting from pedestrian phenomena commonly observed, especially in crowds. Its mathematical formulation assumes that people are regarded as a mean density in a macroscopic way. The pedestrian model was tested on verification and comparison cases extracted from literature. Evacuation drills were also performed at real scale without fire constraints to collect some quantitative data like egress times or flows, and to validate the people motion model. Furthermore, a mathematical strategy is propounded in order to integrate thermal and optical stresses into the evacuation model and to take into consideration their incidence on evacuation processes. Finally, egress simulations are achieved on a large-scale configuration considering different scenarios involving fires

Ce travail est consacré à l'étude des interactions eau/fumée dans un couloir, lors du déclenchement d'un système d'aspersion dans un environnement enfumé. Il s'attache à évaluer les effets thermiques et optiques induits par une pulvérisation d'eau par sprinkler et par brouillard d'eau sur une couche de fumée générée à partir d'un foyer type bac d'heptane. Une synthèse bibliographique permet de faire l'état des travaux concernant la recherche sur l'aspersion d'eau pour le contrôle du feu lors d'un incendie en bâtiment et sur les notions de stratification des fumées. Une étude expérimentale basée sur 50 essais en grandeur réelle est présentée, impliquant des mesures thermiques et optiques. Un système d'opacimétrie laser spécifique a notamment été développé, permettant de mesurer l'opacité des fumées et les effets des interactions eau/fumée sur l'opacité et la visibilité. La partie numérique s'appuie sur le code FDS version 6 (Fire Dynamics Simulator) pour la simulation des essais et sur un module spécifique consacré à l'évaluation de la visibilité en parallèle. Utilisant les valeur extraites de la simulation par FDS pour les concentrations en gouttes et en suie, ce code calcule les propriétés optiques du milieu absorbant-diffusant considéré, puis combine une méthode de Monte-Carlo et des techniques de PSF (Point Spread Function) et MTF (Modulation Transfer Function) pour évaluer l'intensité et le contraste d'images reconstruites. Les effets de déstratification thermique et optique sont comparés pour chaque technologie d'aspersion expérimentalement et numériquement. / This work was devoted to the study of water/smoke interactions in the case of water mist activation on a smoke layer. The aim was to investigate the effects observed on thermal and optical properties when injecting water particles using sprinkler or water mist devices through a smoke layer generated with an heptane pool fire. A first review was reported in order to highlight the researches devoted to water aspersion for firefighting and the smoke stratification phenomena. An experimental study based on 50 runs at real scale was presented, involving optical and thermal measurements. In particular, a laser opacimeter system was developed, which allowed measuring the smoke opacity and the effects of smoke/water interactions on opacity and visibility. Afterwards, a numerical study was conducted. On the one hand fire tests were simulated using the FDS 6th version (Fire Dynamics Simulator) and on the other hand a dedicated code allowed us to evaluate the visibility. The values of the soot and droplet concentrations were extracted from FDS and used into the code dedicated to visibility to calculate the optical properties of the corresponding absorbing-scattering environment. Those properties are then used in a Monte Carlo approach combined with PSF (Point Spread Function) and MTF (Modulation Transfer Function) methods to evaluate the intensity and the contrast of reconstructed images. The destratification effects based on thermal and optical criteria were compared experimentally and numerically for each technology.

Ce travail de thèse est consacré à l’évaluation et l’amélioration des modèles à zones, utilisés dans l’ingénierie de la sécurité incendie pour simuler la propagation des fumées dans un bâtiment en situation d’incendie. Il a pour ambition d’améliorer la compréhension des écoulements des fumées dans un bâtiment. Le mémoire de thèse est divisé en deux parties. La première est essentiellement consacrée à l’état de l’art et à une évaluation de la capacité du code CFAST, code à zones largement utilisé dans l’ingénierie de la sécurité incendie, à simuler les écoulements de fumées dans un bâtiment. Le code à zones CFAST est confronté aux résultats d’une campagne expérimentale à échelle réelle réalisée dans un bâtiment d’habitation de type R+3. La seconde partie du manuscrit, plus académique, consiste à étudier les écoulements de fumée dans un bâtiment. Dans un premier temps, deux phénomènes sont étudiés : le phénomène de remplissage d’un local par des fumées d’incendie, et le phénomène de remplissage / vidange simultanés d’un local ventilé naturellement. Des modèles à zones permettant de décrire ces phénomènes sont présentés. Deux campagnes expérimentales ont été menées à échelle réduite sur des maquettes thermiques de locaux, afin d’étudier les deux phénomènes et d’évaluer et améliorer les modèles à zones. De plus, des simulations numériques complémentaires avec le code à champs FDS (Fire Dynamics Simulator) sont réalisées pour étendre le domaine d’étude du phénomène de remplissage. Enfin, des améliorations du modèle à zones sont proposées. Après l’étude des phénomènes liés aux écoulements de fumée dans un local unique, les écoulements de fumées dans une configuration multi-compartiments, constituée de deux locaux reliés par une cage d’escalier, sont étudiés expérimentalement à l’échelle du laboratoire / This work is devoted to the evaluation and improvement of zone models, used in fire safety engineering to simulate the smoke propagation in a building in a fire situation. It aims at improving the understanding of the smoke flow in a building. The PhD work is divided into two parts. The first part is essentially devoted to a bibliographical survey and an evaluation of the ability of a zone code CFAST, widely used in fire safety engineering, to simulate smoke flows in a building. Numerical results with CFAST are compared with the data of a real-scale experimental campaign carried out on a three-storey residential building. The second part, more academic, consists of studying the smoke flows in a building. Two phenomena are first studied, namely the smoke filling of a room, and the simultaneous filling and emptying of a naturally ventilated room. Zone models describing these phenomena are presented. Two experimental campaigns are conducted on reduced scale room models, in order to study the two phenomena and to evaluate and improve the zone models. Furthermore, numerical simulations with the CFD code FDS (Fire Dynamics Simulator) are performed to extend the study field of the smoke filling. Finally, improvements to the zone model are proposed. After studying the phenomena related to smoke flows in a single room, the smoke flows in a multi-compartment configuration, consisting of two rooms connected by a stairwell, are experimentally studied at the laboratory scale