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Présentation: David Atkinson BSc. Génie Chimique Inventeur et Directeur du développement de l’activité.

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1 Présentation: David Atkinson BSc. Génie Chimique Inventeur et Directeur du développement de l’activité

2 Étude conceptuelle En général, les bâtiments d’habitation ne disposent pas de système anti-incendie automatique par sprinkleur. Près de 800 personnes sont mortes dans des incendies domestiques au Royaume-Uni en La grande majorité des logements n’est pas équipée, que ce soit au Royaume-Uni ou de par le monde. Or, il y a dans la plupart de ces logements des conduites de chauffage ou d’arrivée d’eau. Les systèmes de sprinkleurs ont toutefois plusieurs défauts : Les additifs nécessaires à la lutte contre la prolifération bactérienne dans le système d’alimentation, L’entretien important, La pose devant être effectuée par un expert pour assurer le drainage correct du système, Les analyses périodiques de la qualité de l’eau, tous les 6 mois, Les légionelles dans les conduites auxquelles les équipes d’intervention peuvent être exposées, Les conduites d’alimentation pouvant geler lorsqu’elles ne sont pas chauffées, Les pannes qui peuvent survenir suite à l’utilisation de marteaux-piqueurs à proximité.

3 Étude conceptuelle

4 Le système de conduites communément appelé chauffage central (CC). Ce système est rempli d’un liquide, en général de l’eau, et est connecté directement ou indirectement à l’arrivée d’eau principale. Les radiateurs contiennent normalement un volume d’eau proportionnel aux besoins en chauffage de la pièce où ils sont installés. Leur capacité moyenne est de 11 litres.

5 Étude conceptuelle Très bien, considérons un système de CC domestique, en particulier son circuit dans une salle de séjour : Normalement, deux pompes : une dans le système de CC et l’autre fournissant la pression à l’arrivée principale. 2 fois 100 %, Pas de clapet anti-retour : circulation ininterrompue, Vase d’expansion et cuve de stockage constituent des alimentations de secours, Les radiateurs situés dans les pièces au-dessus également, Volume d’eau dans les radiateurs de la pièce, Pas de croissance bactérienne, Le drainage du système ne pose aucun problème, Ces caractéristiques dépassent les exigences réglementaires en matière de système anti-incendie : NFPA, PFEER, SI 611, APSAD. Le circuit est suffisant, voire meilleur que dans la plupart des installations en milieu industriel.

6 Étude conceptuelle Que se passe-t-il en cas d’incendie domestique ? Examinons l’étude de l’Institut national des normes et de la technologie (NIST) du Département du commerce des États — Unis, Full-Scale House Fire Experiment for InterFIRE VR May 6, 1998, L’essai incendie a été mené avec pour combustible les meubles et un accélérant liquide (1 L de carburant 2 temps) Le bâtiment était une maison individuelle de deux étages. Toutes les portes étaient fermées pendant la durée du test. Les températures ont été relevées à l’aide de thermocouples disposés dans les pièces d’une précision de plus ou moins 7 0 C.

7 Étude conceptuelle Résultats Source : US Department of Commerce National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD Full – Scale House Fire Experiment for InterFIRE VR May 6, 1998 Thermocouple Tableau 1 : hauteur des thermocouples dans le séjour et la salle à manger. Distance du sol (m)ThermocoupleDistance du sol (pi)

8 Étude conceptuelle Maison témoin utilisée pour l’essai incendie Source : US Department of Commerce National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD Full – Scale House Fire Experiment for InterFIRE VR May 6, 1998

9 Étude conceptuelle Position des thermocouples dans le séjour et températures Source : US Department of Commerce National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD Full – Scale House Fire Experiment for InterFIRE VR May 6, 1998

10 Étude conceptuelle Les essais démontrent que l’on peut s’attendre à une température de l’ordre de C à C dans les 100 secondes qui suivent le départ de feu. À peu près 1 min 30 s pour atteindre une telle mesure entre 1 m et 1,68 m de hauteur. La température ambiante grimpe jusqu’à C sous le plafond en 150 secondes. Pas très agréable, et peu de temps pour quitter les lieux.

11 Étude conceptuelle D’après Wikipédia, 10 L d’eau suffisent à éteindre un feu. La quantité d’eau optimale est de 5,4 L pour 67,5 m 3. Ces chiffres concernent toutefois une eau riche en oxygène. L’eau dans un radiateur est appauvrie en oxygène et plus à même de l’absorber. Une pièce mesure en moyenne 50 m 3. Le volume de la pièce utilisé dans l’essai incendie précédemment cité était de 53,6 m 3. Un radiateur contient en moyenne 11 litres. C’est le double du besoin optimal. Alors, comment apporter l’eau dans la pièce ?

12 Étude conceptuelle Une tête de sprinkleur à ampoule coûte cher (autour de 50 €), est fragile et peu esthétique. Elle est fixe et n’asperge pas là où l’on veut. Un bouchon fusible contient des métaux qui fondent à une température très élevée et coûte plus cher qu’une tête de sprinkleur, près du double. Il est généralement placé dans le ciel du foyer d’une chaudière pour permettre l’écoulement du métal lors de sa fusion. Cela ne convient pas, car nous souhaitons être à l’horizontale.

13 Étude conceptuelle Les propriétés des matières plastiques ont progressé ainsi que leur adaptation. Pourrait-on alors utiliser un dispositif en plastique ? Comment activer ce dispositif ? L’ampoule d’une tête de sprinkleur est par définition un détecteur. Le liquide contenu à l’intérieur se dilate avec la chaleur et l’ampoule éclate, ouvrant le circuit et permettant le passage de l’eau dans toutes les directions. Une fine paroi de plastique aurait le même comportement qu’une ampoule à liquide thermoexpansible, mais en ciblant la source de chaleur.

14 Étude conceptuelle Les plastiques se comportent-ils comme une ampoule ? Non, le plastique subit un changement de phase. Il atteint sa température de distorsion puis la zone de température de ramollissement Vicat, où il se déforme et se dilate en direction de la source de chaleur, qu’il cible lui même. Il cède enfin le long des lignes de faiblesse gravées à sa surface. Nous avons donc un dispositif en plastique autociblant.

15 Étude conceptuelle Les disques de rupture sont conçus pour être d’une épaisseur très fine, de l’ordre de 75 micromètres dans les applications à très haute pression. Les matériaux thermoplastiques perdent leurs propriétés lorsqu’ils sont exposés à la chaleur et atteignent la température de distorsion. Si l’on fabrique donc, en accord avec la réglementation, des facettes autour d’une tête plastique avec des parois affaiblies, on dispose d’un ensemble de disques de rupture, c’est-à-dire de zones qui s’ouvriront en étant exposées au feu. Cette tête peut être façonnée pour s’adapter à un radiateur tout en permettant aux facettes d’être dirigées vers la source de chaleur. Avec la montée en température, le plastique se dilate alors que la pression interne du système provoque son gonflement. La rupture se produit alors au point de moindre résistance de la surface engravée. La tête dont la surface est exposée à la source de chaleur prédominante dispose donc d’une vision 3D, et crée sa propre buse dirigée vers le feu.

16 Étude conceptuelle Difficile à mettre en pratique ! Pas si l’on remplace le bouchon de purge sur un radiateur par un bouchon de purge combiné à notre dispositif. L’installation est alors aisée, et M. tout le monde peut le faire. Fermez l’entrée et la sortie du radiateur, enlevez le bouchon et remplacez-le. Rouvrez entrée et sortie, ça fonctionne. Simple, non ? Le bouchon fait encore office de purge, mais présente maintenant un ensemble de zones de rupture et de canaux permettant l’échappement du liquide.

17 Étude conceptuelle Concept initial

18 Étude conceptuelle Comment augmenter la réactivité des surfaces exposées du dispositif et créer une ouverture plus rapidement ? La conception de catalyseur montre qu’une surface rugueuse présente une plus grande surface spécifique qu’une surface lisse. Une cuillérée de sucre a la même surface spécifique qu’un court de tennis. En rendant rugueuse la surface des zones de faiblesse. Si l’on augmente la rugosité de ces surfaces, elles absorbent la chaleur plus rapidement avant de rompre le long des lignes de faiblesse. Le choix de la couleur est important, car l’analyse radiative démontre que le noir est totalement absorbant alors que le blanc est totalement réfléchissant. Une zone noire et rugueuse absorbe donc la chaleur bien plus vite que la zone blanche et lisse qui l’entoure. Cela permet de préserver la tête lors de son exposition à une source de chaleur radiante. Cependant, l’effet n’est pas de première importance à cause de l’opacité de la fumée produite par les incendies domestiques.

19 Étude conceptuelle

20 Tiens ! Ce bouchon de purge de radiateur est en plastique bicolore. Le moulage n’est donc pas un problème et les couleurs sont les bonnes ! Nous voilà avec un bouchon-tête avec un ensemble de surfaces affaiblies qui cèdent et s’ouvrent en cas d’exposition à la chaleur. Que se passe-t-il lors d’un incendie ? La tête contenant l’ensemble fond-elle ?

21 Étude conceptuelle Lorsqu’un liquide est vaporisé, l’effet Joule-Thomson crée une barrière réfrigérante au point de détente. Pour simplifier, c’est un mur invisible qui est chaud d’un côté et froid de l’autre. Le même phénomène explique la formation de glace sur une vanne entrouverte. Les réfrigérateurs fonctionnent d’ailleurs selon ce principe de détente de Joule-Thomson. C’est la détente d’un liquide au travers d’une petite ouverture qui refroidit le système. Nous avons donc un volume de liquide entre 15 0 C et 75 0 C qui en s’échappant du système rencontre des températures entre C et C. L’effet Joule — Thompson se déclenche alors, et la tête refroidit au fur et à mesure que le liquide s’échappe.

22 Étude conceptuelle Le liquide est chassé par la pression statique ou celle disponible dans le système, généralement entre 1 bar et 1,5 bar. Nous obtenons ainsi un jet de liquide s’échappant par la tête. Au passage de ce liquide par la tête, cette dernière est refroidie ce qui permet de préserver son intégrité. (De la même façon qu’un brûleur est généralement à la température du gaz alors que la flamme peut atteindre C) À quelle température le liquide commence-t-il à s’échapper ?

23 Étude conceptuelle Mmh, des radiateurs… Ils sont optimisés pour transmettre la chaleur, non ? Si l’ont prend leur conception sous un autre angle, Ils sont donc optimisés pour absorber la chaleur. Exposé à la chaleur d’un incendie, le volume d’eau dans le radiateur est très rapidement portée à ébullition et vaporisée hors du radiateur, si le bouchon peut céder en créant une ouverture.

24 Étude conceptuelle Une première simulation d’une seule salle fermée a été menée avec le logiciel CFAST du NIST par un ancien collègue aujourd’hui Capitaine adjoint dans le Corps national des sapeurs-pompiers italiens. Une simulation très simple pour observer le comportement d’un radiateur équipé de la tête et exposé à un incendie. Le radiateur simulé contenait 20 L d’eau et la simulation a tourné pendant plus de secondes.

25 Étude conceptuelle Résultats de la simulation

26 Étude conceptuelle D’après les résultats, l’eau est éjectée du radiateur à 80 o C dans le cas d’un circuit fermé. La température de distorsion du plastique se situe cependant autour de 120 o C. Ces calculs sont fondés sur un bilan thermique prenant en compte la chaleur de vaporisation au point d’échappement. En affinant les températures, la taille et l’efficacité du radiateur, il se confirme que nous avons un dispositif efficace de défaillance en position ouverte.

27 Étude conceptuelle Qu’arrive-t-il au liquide éjecté ? Le liquide obéit aux lois des gaz. Il se dilate rapidement et remplit l’espace disponible. Il se refroidit en changeant d’état et absorbe la chaleur environnante. Il déplace l’oxygène et prive le front de flamme de son comburant. La flamme est asphyxiée. L’important n’est donc pas la forme du jet, mais de disperser le fluide dans la pièce ! Quand la tête se perce sur la facette exposée, elle asperge directement la source de chaleur en ciblant le point le plus chaud !

28 Étude conceptuelle La température du liquide est plus élevée dans le système de chauffage que dans un système de sprinkleurs. La vaporisation s’effectue donc plus rapidement À quoi sert la vapeur ? Elle crée un brouillard de gouttelettes qui empêche rouleaux de flammes et contre-explosions (backdraft). Les secours ne font pas face à un mur de flammes lorsqu’ils ouvrent la porte. Elle entraîne la retombée des particules avec lesquelles elle réagit et arrête la propagation de fumées nocives, ce qui réduit leur importance et facilite la respiration. Elle augmente les chances de survie et offre plus de temps aux victimes pour réchapper des flammes, dont elle limite ou stoppe la propagation.

29 Étude conceptuelle Penchons-nous sur l’eau. Elle provient d’un radiateur et contient des produits chimiques. Nous effectuons donc sur l’eau une analyse des risques pour la santé. Nous devons faire face à des eaux usées très sales dans l’industrie offshore, et il convient de prendre en compte les dangers sur la santé pour la protection de nos employés. Nous avons l’expérience pour gérer les analyses, les dangers et les effets. Nous conduisons donc une analyse des risques pour chacune des compagnies des eaux à la source. Grâce à Chemwatch (la plus grande base de données de produits chimiques dans le monde) nous pouvons formuler des programmes de mesures pour la mitigation, comme le veulent nos pratiques. Comment mettre cela en application ? Par des procédures d’entrée en espace clos, des évaluations des risques sur site, des bilans de sécurité au travail et des analyses des risques pour la santé.

30 Étude conceptuelle Déclin thermique Combien de temps faut-il avant de pouvoir entrer dans la pièce en toute sécurité ?

31 Temps après l’allumage (s.) Température de la couche chaude (°C)

32 Étude conceptuelle Le graphique montre que la baisse de température se produit presque aussi rapidement que l’échauffement. On peut s’attendre à une telle courbe, mais d’autres essais sont nécessaires. En effet, le concept se déclenche lors de la montée en température, et la pièce ne devrait pas atteindre les températures les plus élevées. La baisse de température devrait donc se produire plus rapidement. En pratique le refroidissement de la pièce prendra entre 200 secondes et 300 secondes. On peut s’attendre à ce que le dispositif soit plus efficace qu’un sprinkleur traditionnel, la chaleur n’ayant pas à atteindre le plafond pour provoquer le déclenchement.

33 Étude conceptuelle Quand pourra-t-on rentrer dans la pièce ? Pas tout de suite !!! La pièce est détrempée et le feu peut avoir été causé par une défaillance électrique : le sol peut alors être conducteur et provoquer une électrocution. Il ne faut pas rentrer dans la pièce avant que les secours aient coupé le courant et identifié la cause de l’incendie. Laissons faire les professionnels. Pour les propriétés isolées, comme les fermes de campagne, nous fournirons à l’habitant des instructions pour entrer dans la pièce. Celles-ci apparaîtront sur l’emballage et sur le site internet.

34 Étude conceptuelle Nous avons donc un objet qui peut être moulé dans un matériau peu onéreux et installé chez tout le monde. Il s’agit maintenant de finaliser la conception, passer les vérifications, les essais, les certifications, fabriquer le produit et le distribuer dans le monde entier. Sauvons des vies et évitons à des enfants de mourir brulés vifs. Merci


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