Approche par similitude du couplage des effets thermiques et du vent sur les transferts de masse dans les réseaux aérauliques des bâtiments complexes

​Thomas Le Dez a soutenu sa thèse le 4 mai 2016 au CSTB, à Nantes.

Les bâtiments résidentiels et industriels munis d’un réseau de ventilation constituent des installations complexes qui sont le siège de transferts de masse et d’énergie. Dans le cas d’une installation nucléaire de base, les réseaux de ventilation sont conçus pour que les transferts de masse se fassent, en situation nominale de fonctionnement, des locaux à risques radiologiques les plus faibles vers les locaux à risques plus élevés, par maintien d’une cascade de pression entre ces différents locaux. Ainsi, ils participent au confinement des matières radiologiques en complément des parois physiques constituant les limites des volumes contenant ces matières (tels que des locaux ou des boîtes à gants, par exemple). Toutefois, ce fonctionnement peut être significativement remis en cause par la présence de vent, susceptible de créer localement des zones de dépression ou de surpression autour des installations, éventuellement associée à des dégagements thermiques au sein de l’installation (présence de fours, départ de feu, etc.).

Afin d’étudier ces phénomènes, une méthodologie permettant de concevoir des expérimentations à échelle réduite pour l’étude des écoulements non-isothermes a été développée. Cette méthodologie a été validée numériquement, puis appliquée à une configuration simplifiée de référence, représentative du principe de fonctionnement des réseaux de ventilation qui sont rencontrés dans le domaine nucléaire.

Les influences du vent et des phénomènes thermiques sur les transferts de masse au sein de ces configurations ont été étudiées dans la soufflerie climatique Jules Verne du CSTB pour différentes situations de fonctionnement du réseau de ventilation (fonctionnement normal, arrêt de la ventilation et régime de sauvegarde) et de scénarios de dégagement de chaleur. Ces sources thermiques peuvent être issues d’un processus industriel ou d’un incendie. Elles ont été reproduites expérimentalement par une injection d’hélium. Les effets du vent peuvent alors entraîner une perte partielle ou globale du confinement des polluants au sein des installations. La considération d’une source de chaleur apporte des situations de perte de confinement supplémentaires.

En outre, la capacité du code à zones SYLVIA à reproduire les phénomènes physiques observés expérimentalement a été analysée. Il a notamment pu être constaté que les inversions des débits de fuite causées par les phénomènes thermiques ont été retrouvées avec le code SYLVIA.