Le programme PRISME
Le programme PRISME (Propagation d'un incendie pour des scénarios multilocaux élémentaires) est un programme international de recherche réalisé par l’IRSN, mené sous l’égide de l’OCDE.
Il étudie expérimentalement la propagation des fumées dégagées par un incendie dans une installation nucléaire via les ouvertures entre les locaux et le réseau de ventilation, ainsi que le comportement en conditions sous oxygénées (locaux confinés et ventilés) de foyers réels (armoires et câbles électriques). PRISME 1, premier opus de ce programme s’est déroulé de 2006 à juin 2011 ; PRISME 2, de juillet 2011 à novembre 2016. PRISME 3 a débuté en janvier 2017 pour 5 ans.
Les données collectées permettent de valider les logiciels de calcul simulant l’incendie, tels que Sylvia et Isis.
Le programme Prisme 3
Caractéristiques du projet :
Programmes réalisés sous l'égide de l'OCDE, l'IRSN étant l'operating agent.
Dates de réalisation : janvier 2017-décembre 2021
Financement : 7 millions d'euros
Partenaires : Belgique : Bel V, Tractebel - Finlande : VTT - Japon : CRIEPI, NRA - France : IRSN, EDF - États-Unis : US-NRC - Allemagne : GRS Corée du Sud : KINS, KAERI - Royaume-Uni : HSE
Publications : liste des principales publications (PDF)
- Contexte :
Le programme Prisme 3 comporte trois axes de recherche : le premier concerne la stratification et la propagation des fumées (campagne S3 pour Smoke Stratification and Spread) lors d'un incendie dans une installation multi-compartiments, équipée d'un système de ventilation mécanique. Le deuxième axe étudie la propagation d'un feu d'armoire électrique vers des armoires électriques voisines (campagne ECFS pour Electrical Cabinet Fire Spread). Enfin, le troisième axe étudie la propagation d'un feu sur des chemins de câbles (campagne CFP pour Cable Fire Propagation) dans un local confiné et ventilé.
- Les 3 axes du programme :
campagne S3 pour Smoke Stratification and Spread - Campagne ECFS - Electrical Cabinet Fire Spreads - Campagne CFP - Cable Fire Propagation :
Axe 1 : stratification des fumées dans un local et propagation des fumées par les ouvertures (campagne S3 pour Smoke Stratification and Spread) :
Les 5 nouveaux essais qui seront réalisés dans le dispositif expérimental DIVA complèteront ceux menés durant les programmes PRISME 1 et PRISME 2 sur le volet de la propagation des fumées d'un local vers d'autres locaux par des ouvertures verticales (portes ouvertes) et horizontale (trémie). Ce thème est important pour évaluer les conséquences des fumées sur le fonctionnement d'équipements électriques ou électroniques.
Cette campagne d'essais a également pour objectif d'étudier la combustion de foyers en hauteur afin de vérifier la validité des logiciels utilisés dans le domaine de l'incendie pour la réalisation d'études en support à l'expertise. Il est également prévu de réaliser des essais mettant en jeu deux foyers simultanés dans des locaux différents : il s'agit d'évaluer l'effet de la propagation des fumées sur le régime de combustion des deux foyers et de valider, également, les logiciels de simulation dans cette configuration complexe qui n'a jamais fait l'objet d'essais pour ce type d'installation.
Photo : programme international sur les feux Prisme. Tubulaire d'extraction des fumées dans l'enceinte de confinement de la salle de feu et capteur d'analyse- © Noak/Le bar Floréal/Médiathèque IRSN
Axe 2 : propagation d'un feu d'armoire électrique vers des armoires électriques voisines (campagne ECFS - Electrical Cabinet Fire Spread) :
Les essais réalisés dans le cadre de cet axe de recherche visent à évaluer la pertinence de critères utilisés dans les études probabilistes de sûreté, qui permettent d'affirmer ou non, la propagation d'un feu d'une armoire électrique à une autre armoire électrique adjacente. Ces critères sont déterminants pour évaluer les conséquences d'un incendie dans des locaux électriques.
Au total 8 essais seront réalisés, 4 dans le dispositif expérimental SATURNE en atmosphère libre et 4 dans le dispositif expérimental DIVA (locaux confinés et ventilés), pour divers scénarios de propagation tels que : armoire portes ouvertes et armoire adjacente portes fermées, armoire opposée connectée par des chemins de câbles,…
Photo : programme international sur les feux Prisme. Panneau général de gestion électrique de la salle de contrôle feux - © Noak/Le bar Floréal/Médiathèque IRSN
Axe 3 : Propagation d'un feu sur des chemins de câbles (campagne CFP - Cable Fire Propagation) :
Cette campagne complètera la campagne dénommée CFS de PRISME 2, dont l'objet était d'étudier l'effet de la sous-oxygénation sur la propagation d'un feu sur des câbles électriques.
La configuration particulière d'une galerie contenant des chemins de câbles sur toute sa longueur sera également étudiée pour la première fois dans l'installation DIVA. Les résultats obtenus permettront d'enrichir la base de données expérimentale, utilisée pour la validation des logiciels de simulation incendie. 8 essais seront réalisés pour cet axe de recherche, 2 dans le dispositif expérimental SATURNE en atmosphère libre et 6 dans le dispositif expérimental DIVA (locaux confinés et ventilés).
Photo : programme international sur les feux Prisme. Salle de tests aux feux - © Noak/Le bar Floréal/Médiathèque IRSN
- Les résultats des essais du programme Résultats d'essais en accès libre :
Prisme source : PRS-DI-D1 :
- Les résultats de deux essais sont accessibles : l’essai PRS-DI-D1 de la campagne PRISME Source et l’essai PRS-D3 de la campagne PRISME Door PRISME Source : PRS-DI-D1 . Cet essai met en œuvre une nappe de 0,4 m² de TPH (tetrapropylène hydrogéné) dans un local de 120 m3, ventilé avec un taux de renouvellement de 4,7 h-1 (560 m3/h). Les bouches de soufflage et d’extraction sont situés en partie supérieure du local.
Prisme Door : PRS-D3 :
- Cet essai met en œuvre une nappe de 0,4 m² de TPH (tetr propylène hydrogéné) dans un local de 120 m3 connecté à un local adjacent via une porte ouverte. Chaque local est ventilé avec un taux de renouvellement de 4,7 h-1 (560 m3/h). Les bouches de soufflage et d’extraction sont situés en partie supérieure du local. Des cibles, constituées de tiges en PVC, ont été placés dans le local adjacent.
- Les laboratoires IRSN impliqués :
LEF
La mission principale du LEF consiste en la réalisation de programmes expérimentaux (PRISME) dont les données produites servent au développement et à la validation des moyens de calculs de l’IRSN...
LIE
Le LIE améliore la connaissance sur l'incendie, l'explosion et la dispersion en champ proche de produits toxiques et chimiques...
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Le programme Prisme 2
Le programme international PRISME 2 s'est déroulé de juillet 2011 à novembre 2016, sous les auspices de l'OCDE, pour étudier des thématiques incendie qui n'avaient pas pu être abordées lors du premier programme expérimental PRISME, comme la propagation de fumées entre locaux superposés, la propagation d'un incendie entre chemins de câbles ou encore les performances de systèmes d'aspersion. Ce programme PRISME 2 comprend quatre campagnes d'essais menées dans l'installation Diva.
- Objectifs et déroulement :
Campagne d’essais n° 1 : la propagation verticale de fumées (VSP) . Cette campagne VSP pour Vertical Smoke Propagation étudie la propagation verticale des fumées à travers une ouverture horizontale entre deux locaux superposés et mécaniquement ventilés. Il s’agit notamment d’analyser et de comprendre le rôle et l’importance relative de la convection naturelle induite par les écarts de température au sein du milieu gazeux et de la convection forcée induite par la ventilation.
Graphique : les quatres essais - © Irsn
- Elle comprend quatre essais :
- le premier essai (VSP_1), dit de référence, est réalisé le local inférieur seul, avec un foyer centré et un débit de ventilation fixé
- le second essai (VSP_2) est réalisé avec le même foyer et le même débit de ventilation que pour l’essai de référence, mais une communication avec
- le local supérieur est ouverte juste au-dessus du foyer et l’extraction des fumées s’effectue cette fois-ci par le local supérieur
- le troisième essai (VSP_3) diffère du précédent par un positionnement décentré du foyer et par le fait qu’une extraction des fumées et une admission de gaz frais sont mises en œuvre dans chacun des deux locaux
- le dernier essai (VSP_4) est identique au précédent excepté le fait qu’il n’y a cette fois-ci plus d’extraction de fumées dans le local inférieur.
- Campagne d’essais n° 2 :
La propagation d’un incendie par les chemins de câbles (CFS) : Cette campagne – CFS pour Cable Fire Spreading – étudie la propagation d’un incendie entre plusieurs chemins de câbles superposés et d’une armoire électrique vers des chemins de câbles passant au-dessus, ainsi que la propagation des fumées du local feu vers un local adjacent.
- Elle comprend deux séries d’essais :
- les essais CFS_1 à CFS_4 concernent la propagation de l’incendie entre cinq chemins de câbles superposés, ils prévoient de tester trois types de câbles et deux niveaux de ventilation
- les essais CFS_5 à CFS_7 étudient la propagation de l’incendie à partir d’une armoire électrique ouverte vers trois chemins de câbles situés au-dessus ; pour ces essais, un troisième local sera mis en jeu pour étudier spécialement les effets de pression sur une porte coupe-feu (connectant un troisième local au local adjacent au local feu).
Ces essais sont représentatifs de scénarii d’incendies dans les installations nucléaires, initiés par exemple par un défaut électrique dans un tableau de contrôle ou une armoire électrique.
Graphique : représentation des deux séries d'essais
- Campagne d’essais n° 3, l’extinction d’incendie par aspersion (FES) :
La campagne d’essais – FES pour Fire Extinction System – a pour but d’évaluer les performances de systèmes d’extinction d’incendie par aspersion d’eau. Dans quatre à six essais (FES_1 à FES_6), l’efficacité (refroidissement du milieu ambiant, extinction du foyer) de deux ou trois types de buses d’aspersion industrielles sera évaluée pour deux débits d’eau, dans des conditions représentatives d’incendie en milieu confiné et ventilé.
- Campagne d’essais n° 4 et essais complémentaires :
La dernière campagne d’essais s'appuie sur trois à cinq essais d’incendies à réaliser dans des conditions restant à définir en regard des résultats des trois premières campagnes d’essais. Elle pourrait impliquer l’ensemble des cinq locaux de l’installation DIVA. 16 expériences en support à ces quatre campagnes ont été prévues pour caractériser les matériaux combustibles (propriétés physico-chimiques, comportement au feu) mis en œuvre et permettre une analyse approfondie des essais PRISME 2.
- Caractéristiques du projet :
- Programme réalisé sous l'égide de l'OCDE, l'IRSN étant l'operating agent.
- Dates : juillet 2011-juillet 2016
- Financement : 7 millions d'euros
- Partenaires :
- Belgique - AVN - Tractebel - Finlande : VTT - STUK - Allemagne : GRS - iBMB - France : IRSN - EDF - DGA - Canada : AECL - Japon : JNES - Suède SKI - Ringhals AB - Espagne :CSN - Royaume-Uni - HSE
- Résultats d'essais en accès libre :
- Les résultats de deux essais sont accessibles : l’essai PRS-DI-D1 de la campagne PRISME Source et l’essai PRS-D3 de la campagne PRISME Door
- PRISME Source :
- PRS-DI-D1 Cet essai met en œuvre une nappe de 0,4 m² de TPH (tetrapropylène hydrogéné) dans un local de 120 m3, ventilé avec un taux de renouvellement de 4,7 h-1 (560 m3/h). Les bouches de soufflage et d’extraction sont situés en partie supérieure du local.
- PRISME Door
- PRS-D3 : cet essai met en œuvre une nappe de 0,4 m² de TPH (tetr propylène hydrogéné) dans un local de 120 m3 connecté à un local adjacent via une porte ouverte. Chaque local est ventilé avec un taux de renouvellement de 4,7 h-1 (560 m3/h). Les bouches de soufflage et d’extraction sont situés en partie supérieure du local. Des cibles, constituées de tiges en PVC, ont été placés dans le local adjacent.
En savoir plus :
Télécharger la fiche de présentation de Prisme 2Le programme Prisme 1
Durant la première partie du programme PRISME, l'objectif était d'étudier les différents mécanismes impliqués dans la diffusion des gaz chauds et de la fumée d'une pièce en feu vers les pièces adjacentes, par toutes sortes de communications (portes ouvertes, interstices de portes fermées, trous d'aération, tuyaux, etc.), et sous l'action de la ventilation.
Essais à effets séparés et essais globaux :
Pour ce faire, deux types d’essais ont été réalisés : des essais dédiés à l’étude d'un phénomène physique particulier (dits "effets séparés"), tel que les écoulements au niveau d’une porte ouverte, et des essais dits globaux qui consistent en des incendies dans une configuration représentative des locaux nucléaires. Les trois premières campagnes ont été dédiées à l’étude d’effets séparés : PRISME Source pour la caractérisation des foyers, PRISME Door pour étudier la propagation de la chaleur et de la fumée au travers des portes ouvertes et PRISME Leak pour étudier la propagation de la chaleur et de la fumée par des passages (ouverture, fuite au travers d’une porte coupe-feu, gaine traversant le local feu). Enfin, la dernière campagne, PRISME Integral, a consisté à réaliser des essais globaux selon divers scénarios accidentels.
Les essais de caractérisation des foyers d’incendie ont été réalisés en milieu ouvert sous la hotte SATURNE, calorimètre destiné à l’étude de foyers en atmosphère libre et situé sur le site IRSN de Cadarache (Bouches-du-Rhône). Ils consistaient à faire brûler des nappes d’hydrocarbures, des armoires électriques ou des câbles, en déterminant notamment la puissance du feu.
Les autres essais ont été réalisés dans à échelle réelle DIVA, également située sur le site de Cadarache, qui est constituée de trois pièces et d’un couloir confinés et ventilés comme des locaux nucléaires. Les incendies y sont étudiés durant tout leur développement jusqu’à leur extinction faute de combustible ou de comburant.
Photo : Hotte SATURNE : photo vs schéma © IRSN
- Résultats :
Cinq campagnes expérimentales ont été menées entre début 2006 et mi-2011, comprenant plus de 35 expériences à échelle réelle. La campagne PRISME Source a mis en œuvre un seul local ventilé. Elle a reproduit l'effet de la sous-oxygénation, induite par la viciation de l'atmosphère, sur la façon dont évolue la puissance d'un feu d'une nappe d'hydrocarbure en fonction du débit de ventilation. Les campagnes expérimentales suivantes ont porté sur l'écoulement de la fumée et des gaz chauds au travers de portes ouvertes entre deux ou trois locaux, de trous d'aération ou des fuites d'une porte coupe-feu. Enfin ont été réalisés les essais dits « intégraux» où toutes les pièces de l'installation ont été utilisées, avec des foyers complexes ainsi que l'activation des systèmes d'extinction d'incendie (notamment des sprinklers) ou des clapets coupe-feu sur la ventilation.
- Effet de la ventilation sur la puissance du feu
Le programme PRISME a permis de mieux comprendre l'effet de la ventilation sur la puissance d'un feu qui se déclare dans une pièce confinée et ventilée, et notamment sur la durée de l'incendie. Selon le taux de renouvellement de la ventilation, le feu peut s'éteindre rapidement en raison de la décroissance de la concentration en oxygène dans le local en feu. Mais les essais de PRISME ont montré qu’un équilibre peut s'établir entre l'air provenant de la bouche de soufflage de la ventilation et la puissance du foyer : le combustible se consume alors lentement et en totalité. Par exemple, le même foyer peut durer 2,5 fois plus longtemps qu'en atmosphère libre dans un local ventilé avec un taux de renouvellement horaire de 4,7. L'apport majeur des évolutions d'un essai de feu sur câbles électriques © IRSN - essais PRISME est une meilleure compréhension de l'effet de la sous-oxygénation sur l'évolution de la puissance du feu.
- Convection mixte
Le programme PRISME a aussi permis de quantifier l'effet, sur la propagation des fumées, de la convection « mixte » qui combine la convection forcée créée par la ventilation et la convection naturelle induite par la forte température des fumées. La ventilation mécanique de la pièce incendiée peut significativement modifier les écoulements de gaz qui s'établissent naturellement au niveau d'une porte ouverte entre deux locaux. Selon le réseau de ventilation, la ventilation mécanique contribue à déséquilibrer les flux entrant et sortant de la pièce incendiée, et à changer la position du plan neutre (hauteur à laquelle les vitesses d'écoulements sont nulles en raison de l'inversion des débits) au niveau de la porte.
- De nouveaux modèles pour les logiciels :
Le volume de données collectées pendant ce programme a permis d'évaluer la capacité des logiciels à simuler différents scénarios d'incendie. Les nouveaux modèles, notamment de pyrolyse, ont été implantés dans les logiciels des différents partenaires (les logiciels SYLVIA et ISIS pour l'IRSN) et validés grâce aux données expérimentales obtenues au cours de ce programme.
De plus, des intercomparaisons de logiciels ont été organisées par l'IRSN dans le cadre d'un groupe adossé au programme PRISME : les différents partenaires ont confronté les résultats de simulations d'incendie aux données expérimentales. Ce groupe a notamment testé et analysé plusieurs « métriques », indicateurs utilisés lors du processus de validation pour évaluer objectivement les écarts entre données expérimentales et résultats de simulation. Parmi celles préconisées par les normes, deux métriques se sont révélées complémentaires pour évaluer la capacité des logiciels à simuler un incendie. La première métrique évalue la différence relative des résultats numériques et expérimentaux pour des valeurs locales, comme des extremums. La seconde métrique est la distance euclidienne normalisée qui permet d'évaluer l'écart entre les résultats numériques et expérimentaux sur la durée du feu. Cette métrique se comporte comme une mesure d'erreur globale.
Une étude de sensibilité a également été réalisée avec six logiciels de calcul différents, dont celui de l'IRSN, SYLVIA. L'influence de six paramètres d'entrée (puissance du feu, fraction radiative de la flamme, propriétés thermiques des parois, etc.) a été testée pour le calcul de neuf grandeurs d'intérêt (la température des gaz et des murs, la concentration d'oxygène, les flux de chaleur, etc.). Pour tous les logiciels, les résultats montrent que le paramètre d'entrée le plus influent est la puissance du feu, ce qui montre la nécessité de poursuivre les efforts pour améliorer sa modélisation.
Graphique : schéma simplifié de l'installation DIVA © IRSN
- Caractéristiques du projet :
Programme réalisé sous l'égide de l'OCDE, l'IRSN étant l'operating agent.
- Dates : 2001-juin 2011
- Financement : 7 millions d'euros
- Partenaires : Belgique AVN Tractebel - Finlande - VTT STUK - Allemagne - GRS - iBMB - France - IRSN - EDF - DGA - Canada - AECL - Japon - JNES - Pays-Bas VROM-KFD - NRG - Suède - SKI - Ringhals AB - Espagne - CSN - Royaume-Uni - HSE - Corée - KINS - États-Unis NRC
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