Validité de la similitude de Froude pour un feu de cavité représentatif d'une façade ventilée - étude numérique

Les systèmes d'isolation thermique par l'extérieur dans les façades ventilées constituent un risque de propagation accru vers les étages supérieurs lors d'un incendie via la cavité d'air entre l'isolant et le revêtement extérieur. Il est donc essentiel d'étudier la propagation du feu dans ces systèmes. Les essais à taille réelle étant difficiles à réaliser et très coûteux, il est courant de les conduire à échelle réduite. La question de la similitude entre ces échelles est alors centrale : les résultats obtenus à petite échelle peuvent-ils être extrapolés à des configurations réelles ? La similitude de Froude est la méthode classiquement utilisée pour mettre à l'échelle les expériences de feu. Elle repose sur la conservation du nombre de Froude entre la petite et grande échelle. Elle suppose que l'écoulement reste suffisamment turbulent et que les forces de flottabilité dominent. En notant l le rapport d'échelle géométrique, cette approche implique que la puissance varie en $l^{(5/2)}$, le temps en $l^{(1/2)}$ et la vitesse en $l^{(1/2)}$, tandis que la température est théoriquement conservée. Ces relations permettent en principe de comparer directement les résultats obtenus à différentes échelles. L'objectif de ce travail est d'évaluer la validité de la similitude de Froude appliquée à un feu de cavité, représentatif d'une façade ventilée. Le logiciel Fire Dynamics Simulator (FDS 6.7.0) a été utilisé pour simuler un feu entre deux parois incombustibles verticales parallèles avec un brûleur linéaire comme source. Le cas de référence (échelle 1) consiste en deux parois de 15 cm × 50 cm × 0,5 cm en silicate de calcium, séparées par une cavité de 2 cm ou 8 cm et une puissance de feu de 9 kW. Un maillage de 4 mm est utilisé. Deux échelles supplémentaires sont simulées en appliquant successivement un facteur d'échelle de 2, avec les HRR correspondants selon les lois de Froude. La vitesse des gaz, la hauteur de flamme, les flux de chaleur radiatif et convectif ainsi que la température des parois ont été mesurés à trois hauteurs, puis comparés entre échelles selon les lois de similitude. Pour les flux mesurés aux parois, plusieurs lois ont été utilisées : $l^0$ et $l^{(1/2)}$, afin d'identifier une mise à l'échelle plus adaptée aux transferts thermiques en cavité confinée. Les résultats montrent que la similitude de Froude est satisfaisante pour certaines grandeurs, notamment pour les vitesses de gaz, avec des écarts relatifs entre échelles de 6 % en moyenne. En revanche, les écarts sont plus élevés pour les grandeurs thermiques des parois. La loi $q"~ l^{(1/2)}$ donne un écart plus faible que la loi $(q"~ l)^0$. Par exemple pour le flux radiatif, l’écart est de 45% contre 93%. Ces résultats indiquent que la similitude de Froude seule ne suffit pas à reproduire fidèlement les grandeurs thermiques aux parois dans ces configurations. Certains phénomènes thermiques, notamment les échanges radiatifs entre parois, ne sont pas pris en compte dans les lois d'échelle de Froude.

Work In Progress