Experimental investigations on fire behaviour and fire suppression in a reduced-scale room of the Castle of Chambord
L'état actuel de la protection contre les incendies par des systèmes sprinkler est non adapté à la protection des bâtiments et des monuments du patrimoine culturel. En effet, bien qu'il existe différents types de systèmes automatiques d'extinction d'incendie par sprinkler, leurs...
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| Autore principale: | |
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| Altri autori: | , , , , |
| Natura: | Thèse numérique |
| Lingua: | Anglais |
| Pubblicazione: |
2023.
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| Soggetti: | |
| Accesso online: | Accès au texte intégral http://www.theses.fr/2023ISAB0007/abes |
| Nota: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Monica Siroux, Nicolas Gascoin, Steve Rudz, Steve Rudz (Membre(s) du jury) ; Khaled Chetehouna, Dominique Morvan (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Étude expérimentale du comportement du feu et de l'extinction d'incendie dans une pièce à échelle réduite du château de Chambord |
| Riassunto: | L'état actuel de la protection contre les incendies par des systèmes sprinkler est non adapté à la protection des bâtiments et des monuments du patrimoine culturel. En effet, bien qu'il existe différents types de systèmes automatiques d'extinction d'incendie par sprinkler, leurs inconvénients (vulnérabilité à la corrosion et au gel, risque de fuites d'eau, fausses activations...) peuvent causer des dommages irrémédiables aux bâtiments historiques et aux artefacts et œuvres d'art de valeur qu'ils contiennent. Par conséquent, les systèmes d'extinction automatique d'incendie sont rarement installés dans les bâtiments du patrimoine culturel, ce qui a entraîné la destruction partielle ou totale de nombreux monuments par le feu, comme la cathédrale Notre-Dame de Paris, en France, à la suite de l'incendie survenu le 15 avril 2019. Afin d être en mesure de mieux protéger notre patrimoine culturel, il y a donc un besoin crucial d'acquérir plus de connaissances en matière du comportement du feu et de l extinction des incendies dans les géométries spécifiques à ces bâtiments. A cet effet, un compartiment à échelle réduite (1/8ème) a été construit dans ce travail de recherche, basé sur des scans 3D d'une salle du Château de Chambord, Vallée de la Loire, France. Ce dernier a été instrumenté dans le but d'étudier, d'une part, le comportement de la source de feu, et, d'autre part, l'interaction du feu avec différents systèmes d'extinction d'incendie. Des essais de feux en nappe de n-heptane ont d'abord été réalisés pour différentes puissances de feu, contrôlées par des surfaces combustibles à l'aide de bacs circulaires en acier de diamètres 8 cm, 16 cm et 24 cm. La masse initiale de combustible d'heptane a été variée entre 10 g, 30 g et 50 g, correspondant respectivement à des profondeurs de combustible de 0,007 m, 0,0016 m et 0,025 m. Le taux de dégagement de chaleur (HRR) a été varié entre 4 kW et 30 kW, et les conditions de ventilation de 0,6 renouvellement d'air par heure (ACPH), à 1,4ACPH, 2,4ACPH, 3,3ACPH et 3,8ACPH. Grâce à une série d'expériences, l'effet de la ventilation sur la dynamique du feu sur un feu de compartiment a été abordé avec différents paramètres physico-chimiques, tels que l'extension de la flamme, l'oscillation de la flamme, la distribution de la température et l'analyse des gaz. Ensuite, trois types de systèmes de sprinklers ont été étudiés, avec différentes pression initiale variable dans les canalisations. Ils consistaient en un système sprinkler sous-eau, sous-air, et un système innovant de sprinkler sous-vide. La pression à l état de veille de ce dernier est inférieure à la pression atmosphérique, ce qui a le potentiel de résoudre les problèmes technologiques de fuites d'eau, de gel et de corrosion. Le banc d essais a été utilisé pour étudier l'interaction du feu de nappe avec un spray de sprinkler pour les différentes pressions initiales, puissances de feu, et taux de ventilation. Des résultats ont été obtenus en termes de temps d arrivée d eau, de température des gaz du compartiment, de vitesse de refroidissement, de flux de chaleur et de concentrations d'espèces gazeuses. Les résultats obtenus ont permis de fournir des conclusions concernant le comportement relatif des différents systèmes sur les phénomènes d'extinction d'incendie, avec des résultats prometteurs pour le système sprinkler sous vide. L'étude a contribué à accroître le niveau de connaissances sur les phénomènes d extinction d incendies dans une géométrie du patrimoine culturel, et une nouvelle base de données de données expérimentale a été générée. Cette dernière sera étendue et améliorée sur la base du banc d'essai développé, dans le but de fournir de futures recommandations relatives à la sécurité incendie des bâtiments du patrimoine culturel. The current state of fire protection by sprinkler systems is inadequate for the protection of cultural heritage building and monuments. Although different types of automatic sprinkler fire suppression systems exist, their disadvantages (vulnerability to corrosion and frost, risk of water-leaks, false activations ) can cause irremediable damage to the historical buildings and the valuable artifacts and pieces of art they contain. Hence, automatic fire suppression systems are rarely installed in cultural heritage buildings, resulting in numerous monuments being partly or completely destroyed by fire, such as the Notre-Dame Cathedral in Paris, France, following the fire which occurred on April 15, 2019. To be able to better protection our cultural heritage, there is hence a pressing need to obtain more knowledge regarding fire and fire suppression in geometries specific to these buildings. For this purpose, a 1/8th reduced-scale compartment was built in this research work based on 3D scans of a room of the Castle of Chambord, Loire Valley, France. The latter was instrumented with the aim of studying, on one hand, the behaviour of the fire source, and, on another hand, the interaction of the fire with different fire suppression systems. Tests of n-heptane pool fires were first carried out for different fire powers, controlled by fuel surface areas using circular steel pans of 8 cm, 16 cm and 24 cm diameters pans. The initial heptane fuel mass was varied between 10 grams, 30 grams and 50 grams corresponding to fuel depths of 0.007 m, 0.0016 m and 0.025 m respectively. Heat release rate (HRR) was varied between 4 kW and 30 kW and ventilation conditions, ranging from 0.6 air change per hour (ACPH), to 1.4ACPH, 2.4ACPH, 3.3ACPH and 3.8ACPH. Through series of experiments, the effect of ventilation on fire dynamics on a compartment fire addressed with physicochemical parameters, such as flame extension, flame oscillation, temperature distribution and gas analysis. Then, three kind of sprinkler systems were considered, with varying initial pressure in the pipes. They consisted in wet pipe, dry pipe, and an innovative vacuum sprinkler system, whose pressure is inferior to the atmospheric pressure at idle state, and which has potential of solving the technological problems of water leaks, freezing and corrosion. The latter was used to study the interaction of the pool fire with a sprinkler water spray for the different sprinkler initial pressures, fire conditions, and ventilation rates. Results were obtained in terms of water delivery time, compartment gas temperature, cooling rate, heat flux and concentrations of gaseous species. The obtained results allowed to provide conclusions regarding the relative behaviour of the different systems on the fire suppression phenomena, with promising results for the vacuum sprinkler system. The study contributed to increase the knowledge on the phenomena of fire suppression in cultural heritage geometry, and a new database of experimental data has been generated. The latter will be extended forward and improved on the basis of the developed test bench, with the aim of providing future recommendations related to fire safety of cultural heritage buildings. |
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| Descrizione del documento: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Monica Siroux, Nicolas Gascoin, Steve Rudz, Steve Rudz (Membre(s) du jury) ; Khaled Chetehouna, Dominique Morvan (Rapporteur(s)) |
| Natura: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |