Le logiciel de calcul Isis
Simulation d'un incendie dans des locaux industriels
Isis est un outil de calcul dédié à l'étude et à la simulation numérique des incendies dans une installation industrielle.
Modèles physiques
Le logiciel Isis est un outil de calcul développé par l'IRSN pour simuler les incendies. Il est constitué d’un ensemble cohérent de modèles permettant de décrire la turbulence de l’écoulement, la combustion, la production de suies et les transferts thermiques, afin de prédire la propagation d’un incendie dans des locaux de grande taille, soit ventilés naturellement, soit confinés et ventilés mécaniquement.
Les différents modèles physiques implémentés dans le code permettent de simuler des écoulements tridimensionnels, instationnaires, faiblement compressibles, turbulents, réactifs ou chimiquement inertes. Le logiciel Isis est validé sur un ensemble de tests mettant en jeu des écoulements avec et sans réactions chimiques de combustion (voir le site https://gforge.irsn.fr/#/project/isis pour plus de détails)
Simulation obtenue par Isis, de feux
dans des compartiments mécaniquement ventilés
Schémas numériques
Sur le plan numérique, le système d’équations de bilan de masse, de quantité de mouvement et d’énergie, est discrétisé en temps par des méthodes à pas fractionnaire. La discrétisation spatiale est basée sur la méthode des éléments finis pour les équations de l’hydrodynamique et des volumes finis pour les équations de transport. Elle permet de simuler des locaux de géométries complexes à l’aide de maillages non structurés avec raffinement local. Pour le cas particulier de maillages structurés, une discrétisation de type volumes finis pour les équations de l’hydrodynamique est également disponible.
Implémentation et portabilité
L’implémentation du logiciel Isis s'appuie sur la plate-forme de composants logiciels Pelicans développée à l'IRSN et disponible en licence libre. Les librairies de solveurs parallèles permettent des simulations numériques avec plusieurs millions de mailles. La portabilité d’Isis est assurée sous Linux, Solaris et Mac OSX.
Isis utilise les maillages générés par Pelicans – à noter que d’autres mailleurs peuvent être utilisés, tels que Gambit®, Gmsh®. Quant au post-traitement, il s’effectue avec des logiciels libres (freeware) comme GMV® ou Paraview®.
Perspectives
Le logiciel Isis va être à court terme couplé au code numérique Sylvia, développé par l’IRSN. Utilisant une approche à zones, le système Sylvia simule le développement d’un incendie dans une installation composée d’un ensemble de locaux et d’un réseau complexe de ventilation. Le couplage des logiciels Isis et Sylvia permettra de bénéficier dans le même outil à la fois de la précision d'Isis qui simule en 3D le développement de l’incendie dans les locaux, et la capacité de Sylvia à décrire un réseau complet de ventilation relié à ces locaux.
Par ailleurs, le code évolue en permanence. Un effort constant est consacré, d’une part à la validation du logiciel, d’autre part à l’amélioration des modèles physiques et de la performance des méthodes numériques pour mieux comprendre et décrire les phénomènes physiques complexes ayant lieu lors d'un incendie. Les développements majeurs à moyen terme sont d’une part la mise en œuvre et la validation d’une approche LES de la turbulence venant compléter l’approche RANS utilisée jusqu’à présent, d’autre part la prise en compte de l’aspersion d’eau lors d’un scénario incendie. Sur le plan numérique, de nombreux travaux sont menés depuis plusieurs années en étroite collaboration avec le Laboratoire d’analyse topologie probabilités (LATP) de l’Université d'Aix-Marseille.
La mise à disposition du logiciel Isis en licence libre a pour objectif de favoriser les collaborations avec les universités françaises et de faciliter une application du logiciel à des problématiques industrielles.
