L'objectif de cette thèse est de présenter des critères simples pour l'évaluation des performances d'une ventilation transversale. On définit l'efficacité et le rendement, calculés à partir du flux de déficit de densité créé par l'incendie. Après une étude préliminaire permettant de caler les modèles numériques, l'influence de différents paramètres sur ces valeurs a été évaluée. Dans un premier temps, l'étude a porté sur une seule trappe et a montré que le courant d'air dans le tunnel est le paramètre le plus important. A l'inverse, la forme de la trappe pour une surface donnée n'a que très peu d'importance, sauf dans des cas limites (fente sur toute la largeur du tunnel). L'étude d'un canton à huit trappes confirme l'importance du contrôle du courant d'air. Lorsqu'on diminue le nombre de trappes en conservant la même surface totale d'aspiration, cette sensibilité tend à disparaître, mais l'efficacité diminue. Enfin, l'étude de l'influence de l'encombrement montre une légère amélioration de l'efficacité, due à l'obstruction d'une partie de la section par des camions, qui bloquent les fumées au droit des trappes.

L'un des détecteurs d'incendie les plus efficaces est le détecteur ionique de fumée. Cependant les détecteurs ioniques actuels fonctionnent grâce à une source radioactive dont l'utilisation n'est désormais plus permise. Ce mémoire présente l'étude de nouveaux détecteurs ioniques utilisant une autre source d'ions qu'une source radioactive. Trois types de détecteur ionique de fumée sont présentés. Le premier est basé sur l'effet photoélectrique et les deuxième et troisième sur le phénomène de décharge Corona. Le détecteur photoélectrique présente l'inconvénient de sa consommation qui n'est pas compatible avec une application de détecteur de fumée. En revanche les détecteurs basés sur le phénomène de décharge Corona ont donné de très bons résultats. Deux prototypes de détecteur ionique de fumée basés sur le phénomène de décharge Corona ont été réalisés. Pour le premier prototype, les charges produites par effet Corona sont ralenties dans une chambre de dérive pour mieux interagir avec la fumée. Le courant produit par ces charges est fortement diminué en présence de fumée ce qui permet la détection. Pour le second prototype, on utilise la diminution du seuil de déclenchement de l'effet Corona dans l'air en présence de fumée. Sous une tension intermédiaire, le courant de décharge est presque nul en l'absence de fumée. Dès que la fumée entre dans le détecteur, ce courant augmente fortement ce qui permet la détection. Ces détecteurs ioniques sont très performants tant du point de vue de leur sensibilité que de leur stabilité à un environnement difficile. Par ailleurs leur consommation d'énergie reste d'un niveau très faible compatible avec les applications de détection d'incendie.

Dans les dernières années, les incendies majeurs dans les tunnels ont causé des dommages importants. Dans ces conditions extrêmes (la température dépasse rapidement 1200 °C), l'augmentation de pression dans les pores, la dilatation thermique empêchée, l'incompatibilité de dilatation thermique entre la pâte du ciment et des granulats, la déshydratation ... sont des principaux mécanismes de dégradation qui peuvent être à l'origine de l'écaillage. L'écaillage progressif pendant l'incendie se manifeste par le détachement de la surface du béton par petits morceaux réduisant ainsi la section résistante et pouvant conduire à une rupture prématurée de la structure. Dans cette thèse, un modèle éléments finis THM est enrichi par un modèle d'écaillage progressif en proposant un critère d'écaillage de type détachement-flambement. La partie thermo-hydrique du modèle THM est basée sur l'approche à trois fluides en milieux partiellement saturés. Le comportement mécanique est développé dans le cadre d'une approche thermo-poro-mécanique couplée à l'endommagement et à la plasticité adoucissante. Cette modélisation de l'écaillage conduit à un problème avec frontière et conditions aux limites évolutives. Une stratégie de résolution numérique sans remaillage a été développée pour transférer les conditions aux limites THM simultanément avec l'occurrence de l'écaillage. L'implémentation du modèle dans le code aux éléments finis CESAR-LCPC a permis de procéder à différentes études paramétriques et à des confrontations avec des essais pour évaluer les capacités opérationnelles du modèle à décrire l'occurrence de l'écaillage et identifier les paramètres majeurs qui la contrôlent

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.

Un profil pollinique provenant d'un lac possédant des sédiments laminés (varves), le lac Brûlé (45°43'09" N, 75°26'32"O 270m), a servi à étudier l'histoire de la végétation et du climat dans l'Outaouais au cours de l'Holocène tardif. Au cours des 1400 dernières années, la végétation de l'Outaouais a été dominée par des espèces arboréennes telles que Tsuga, Fagus, Betula, Acer, Pinus et Picea. Des modifications majeures s'opèrent dans les spectres polliniques vers 1375 AD. Les analyses des micro-charbons et les évidences d'une succession écologique secondaire indiquent que ces changements sont attribuables à un incendie forestier. Une diminution abrupte de l’influx pollinique entre 1600 et 1700 AD suggère qu’une dégradation du climat sous un certain seuil a entraîné une réponse rapide du milieu forestier. Les changements observés lors du Petit-Âge glaciaire suggèrent que les variations climatiques de courte durée affectent la production pollinique et que ces changements sont enregistrés par les diagrammes polliniques à haute résolution temporelle.

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.

Un profil pollinique provenant d'un lac possédant des sédiments laminés (varves), le lac Brûlé (45°43'09" N, 75°26'32"O 270m), a servi à étudier l'histoire de la végétation et du climat dans l'Outaouais au cours de l'Holocène tardif. Au cours des 1400 dernières années, la végétation de l'Outaouais a été dominée par des espèces arboréennes telles que Tsuga, Fagus, Betula, Acer, Pinus et Picea. Des modifications majeures s'opèrent dans les spectres polliniques vers 1375 AD. Les analyses des micro-charbons et les évidences d'une succession écologique secondaire indiquent que ces changements sont attribuables à un incendie forestier. Une diminution abrupte de l’influx pollinique entre 1600 et 1700 AD suggère qu’une dégradation du climat sous un certain seuil a entraîné une réponse rapide du milieu forestier. Les changements observés lors du Petit-Âge glaciaire suggèrent que les variations climatiques de courte durée affectent la production pollinique et que ces changements sont enregistrés par les diagrammes polliniques à haute résolution temporelle.

Pour évaluer la gravité d'un accident de feu de boîte à gants dans une installation nucléaire, il est important de connaitre le terme source, qui est la quantité de matière radioactive mise en jeu. On cherche à identifier les phénomènes à l'origine de la libération de contaminants particulaires lors de la dégradation thermique de ces boîtes à gants. Deux matériaux (alumine et carbure de tungstène) ont été retenus pour simuler le comportement du contaminant considéré, le dioxyde de Plutonium. Deux dispositifs expérimentaux ont été conçus afin de contaminer et de dégrader thermiquement des plaques de Plexiglas (PMMA). Un ensemble d'essais à petite échelle a également permis de mieux comprendre les phénomènes à l'origine de la libération ou du piégeage des particules. La masse volumique du matériau utilisé a un impact direct sur l'émission des particules, la granulométrie des particules a un impact lorsque la dégradation thermique est rapide (flux thermique élevé). Ceci s'explique par l'interaction entre les particules émises et l'écoulement en proche paroi, phénomène qui a pu être observé expérimentalement. Une modélisation numérique de la situation étudiée a été réalisée et a permis de reproduire partiellement les résultats expérimentaux. Des améliorations peuvent encore être apportées, notamment sur la représentation du phénomène de piégeage des particules dans la matrice polymère. Cette étude pourra également donner des éclaircissements sur la problématique de l'émission des nanoparticules lors de la combustion de polymères nanochargés. / In order to assess the consequences of a glove box fire occurring in a nuclear facility, it is important to gather information on the source term, the amount of radioactive material that can be emitted to the environment. The objective is to identify the different phenomenon contributing to the release of radioactive particles from the surface of glove box materials undergoing pyrolysis. Two materials (alumina and tungsten carbide) were chosen as possible surrogates of the considered radioactive material, which is Plutonium dioxide. Two experimental facilities were designed to generate deposit on Plexiglas (PMMA) plates and burn them. Several small-scale experiments were also conducted to obtain knowledge of the phenomenon causing the release or trapping of the particles. Material density was found to have a direct impact on the release of particles, while particle size distribution had an impact only for fast thermal degradation (corresponding to high external heat flux). The reason is the strong interaction between the particles and the air flow close to the sample surface, which has been observed experimentally. A theoretical model of the problem was constructed, it was able to reproduce the experimental results, albeit partially. Improvements can be made, especially on the modelling of the trapping of particle by the polymer matrix. This study could help in understanding the problematic of nanoparticle emission from burning nanomaterials.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.