ISO/TS 13447:2013

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 13447
Première édition
2013-03-15
Ingénierie de la sécurité incendie —
Guide sur l’utilisation de modèles
incendie de zone
Fire safety engineering — Guidance for use of fire zone models
Numéro de référence
©
ISO 2013
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2013
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles (et termes abrégés) . 1
5 Description générale des modèles incendie de zone . 2
5.1 Qu’est-ce qu’un modèle incendie de zone? . 2
5.2 Applications . 2
5.3 Avantages . 3
5.4 Principes, hypothèses et conséquences généraux. 3
6 Paramètres d’entrée et sources de données pour les modèles incendie de zone .6
6.1 Géométrie de l’enceinte . 6
6.2 Multi-locaux . 7
6.3 Ouvertures . 7
6.4 Matériaux de délimitation . 7
6.5 Paramètres du feu de dimensionnement . 8
7 Sensibilité des modèles .11
8 Utilisations et limites .12
8.1 Généralités .12
8.2 Effets localisés .12
8.3 Effets dus au compartiment .12
8.4 Panaches .13
8.5 Évents de plafond .14
8.6 Stratification .15
8.7 Formation de puits .15
8.8 Dimensions et géométrie de l’enceinte .15
8.9 Incendies après un embrasement généralisé .16
8.10 Comparaison des effets dans le monde réel et des capacités des modèles .17
Bibliographie .19
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
Dans d’autres circonstances, en particulier lorsqu’il existe une demande urgente du marché, un comité
technique peut décider de publier d’autres types de documents normatifs:
— une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts
dans un groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 %
des membres votants du comité dont relève le groupe de travail;
— une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d’un comité technique
et est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.
Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l’objet d’un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour
trois nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu’une ISO/PAS
ou ISO/TS a été confirmée, elle fait l’objet d’un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa
transformation en Norme internationale soit de son annulation.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO/TS 13447 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 4,
Ingénierie de la sécurité incendie.
iv © ISO 2013 – Tous droits réservés

Introduction
La présente Spécification technique est destinée aux acteurs de la sécurité incendie et aux organismes
de réglementation qui utilisent ou évaluent des modèles incendie à une ou deux zones dans le cadre
d’une conception ou d’une analyse de sécurité incendie. Les utilisateurs incluent les ingénieurs de la
sécurité incendie, les autorités compétentes, telles que les fonctionnaires territoriaux, et le personnel
de lutte contre l’incendie. Il est supposé que les utilisateurs de la présente Spécification technique
possèdent les qualifications et compétences suffisantes dans le domaine de la dynamique du feu. Il est
particulièrement important que les utilisateurs de modèles comprennent le contexte théorique et les
limites des modèles incendie de zone.
En plus des articles habituels (1, 2, 3 et 4), la présente Spécification technique comprend les articles suivants:
— 5: Décrit les modèles incendie de zone en général, incluant les principes et hypothèses sous-jacents
— 6: Traite des paramètres d’entrée et des sources de données pour les modèles incendie de zone
— 7: Traite de la sensibilité des modèles incendie de zone aux données d’entrée
— 8: Donne des lignes directrices sur l’utilisation et les limites des modèles incendie de zone
SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 13447:2013(F)
Ingénierie de la sécurité incendie — Guide sur l’utilisation
de modèles incendie de zone
1 Domaine d’application
La présente Spécification technique fournit un guide pour évaluer l’utilisation de modèles incendie
de zone pour le calcul de la température et des concentrations de gaz et le calcul de la position des
couches de fumée dues à un incendie à l’intérieur d’une enceinte. Elle contient des généralités à consulter
conjointement à la documentation spécifique du modèle fournie par les développeurs du modèle. Elle ne
sert pas de base pour justifier l’utilisation d’un modèle en particulier.
Il est important que les utilisateurs de modèles incendie de zone comprennent la base théorique d’un
modèle et soient capables d’évaluer l’exactitude et la validité des résultats.
Les modèles de zone peuvent également inclure des sous-modèles supplémentaires pour prédire des
phénomènes connexes tels que l’activation de sprinklers ou de détecteurs thermiques ou de fumée,
une ventilation mécanique, un bris de vitre ou la propagation de flammes. Ces sous-modèles connexes
n’entrent pas dans le domaine d’application de la présente Spécification technique.
[1]
NOTE Une étude réalisée par Olenick et Carpenter peut donner un aperçu des caractéristiques couvertes
par différents modèles de zone.
La présente Spécification technique n’est pas destinée à servir de base pour une réglementation.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 13943 ainsi que les
suivants s’appliquent.
3.1
modèle de zone
modèle de calcul destiné à prédire l’environnement résultant d’un incendie dans une enceinte où une ou
plusieurs zones gazeuses distinctes représentent des couches formées par stratification thermique des gaz
4 Symboles (et termes abrégés)
Débit calorifique par rapport au temps

Q (kW)
Vitesse de perte de masse du combustible

m (g/s)
Chaleur effective de combustion
Δh (kJ/g)
c
5 Description générale des modèles incendie de zone
5.1 Qu’est-ce qu’un modèle incendie de zone?
Un modèle incendie de zone est une méthode de calcul destinée à prédire les effets d’un incendie à
l’intérieur d’une enceinte. Les calculs sont basés sur le principe de conservation de la masse et de l’énergie
appliqué séparément aux volumes de contrôle qui divisent une enceinte en une ou plusieurs zones. À
tout instant, les propriétés de chaque zone sont supposées uniformes. Le feu est considéré comme une
source de masse et d’énergie et constitue une entrée spécifiée par l’utilisateur dans le calcul. La Figure 1
montrant l’élévation d’une pièce illustre certaines propriétés conceptuelles couramment incluses dans
un modèle de zone. L’ISO 16735 donne des formules algébriques pour le calcul de caractéristiques
[2]
spécifiques des couches de fumée générées par les incendies .
Un modèle incendie de zone est le plus souvent un modèle incendie numérique se présentant sous la forme
d’un programme informatique, les calculs pouvant toutefois être effectués au moyen d’applications de
tableur, ou même à la main. Les modèles de zone comptent le plus souvent deux zones sous la forme
d’une couche supérieure chaude et d’une couche inférieure moins chaude. Cela permet une résolution
suffisante pour de nombreuses simulations simples d’incendie avant un embrasement généralisé.
Cependant des modèles à une zone ont également été développés (par exemple pour les feux pleinement
développés après un embrasement généralisé) lorsque l’hypothèse d’une zone uniforme bien mélangée
est appropriée. D’autre part, les équations fondamentales relatives à la conservation de la masse et de
l’énergie peuvent également être étendues à plus de deux zones afin d’obtenir une meilleure résolution
sur la hauteur d’un compartiment.
Les modèles de zone à plusieurs locaux représentent un cas de zones multiples interconnectées où les
locaux sont reliés par des ouvertures soit dans les murs, soit dans le sol/plafond.
Figure 1 — Conservation générale de la chaleur et de la masse dans une enceinte
en présence d’une source de feu
5.2 Applications
Les modèles de zone permettent de prédire la température de la fumée, le volume de fumée (et hauteur
des couches) et les concentrations d’espèces à l’intérieur d’une enceinte consécutifs à un incendie de
dimensions données.
En fonction du niveau des fonctionnalités incluses dans un modèle de zone, des applications type
peuvent comprendre:
— la prédiction du temps de remplissage par des fumées d’un compartiment de dimensions données et
pour un incendie dont les caractéristiques en fonction du temps sont connues;
— l’évaluation de la tenabilité de la sécurité des personnes dans un environnement incendie pour
comparaison avec des critères de conception;
— la reconstitution d’un incendie passé pour appuyer ou réfuter des théories sur le développement du feu;
2 © ISO 2013 – Tous droits réservés

— la détermination des dimensions probables d’un incendie au moment de l’activation d’un sprinkler
et/ou le temps de réponse d’un sprinkler (si un sous-modèle relatif à la réponse du sprinkler est inclus);
— la détermination de la capacité d’extraction des fumées pour les espaces ventilés naturellement ou
mécaniquement;
— la détermination de l’impact sur un équipement important pour s’assurer de la continuité de son
fonctionnement.
5.3 Avantages
L’utilisation d’une physique simplifiée dans les modèles de zone signifie qu’ils sont moins exigeants en
termes de calculs et qu’ils sont relativement rapides à exécuter par rapport à d’autres modèles de pointe
(par exemple, mécanique des fluides numériques) qui décrivent la physique au moyen des meilleures
méthodes disponibles. Pouvoir effectuer un grand nombre de simulations avec la même ressource de
calcul est un avantage car cela permet d’étudier de manière plus approfondie la sensibilité des résultats
aux différents paramètres d’entrée. Cette fonctionnalité est particulièrement utile pour les applications
de conception où les paramètres d’entrée de l’incendie ne sont pas connus avec exactitude, mais peut
avoir une grande influence sur les résultats prédits.
Le principal avantage d’utiliser un logiciel basé sur un modèle de zone par rapport à des équations
algébriques est la flexibilité que cela permet pour traiter certains effets transitoires tels que le
dégagement de chaleur, les productions d’espèces, la conduction, les évents à ouverture automatique ou
les ventilateurs automatiques en fonction de l’environnement incendie. Par ailleurs, certains modèles de
zone permettent de traiter des scénarios multi-locaux ou avec de multiples foyers.
En revanche, l’utilisation d’une physique simplifiée signifie également que les simulations d’un
scénario donné avec des modèles de zone présentent davantage de limitations dans la prédiction
de l’environnement d’un feu qu’avec des modèles détaillés. Néanmoins, la précision obtenue avec un
modèle de zone est suffisante pour de nombreuses applications, notamment lorsque l’incertitude dans
la conception conduit à un conservatisme important dans le choix des entrées de modèle.
5.4 Principes, hypothèses et conséquences généraux
5.4.1 Généralités
Un modèle de zone divise un local en un ou plusieurs volumes de contrôle (ou zones) avec une température
et une masse volumique de gaz supposées uniformes dans l’ensemble du volume. Dans le cas le plus simple,
un modèle à une seule zone peut être utilisé lorsque l’environnement d’un feu dans le local doit être traité
comme un «réacteur bien mélangé», tel qu’un feu pleinement développé après un embrasement généralisé.
Toutefois, pour le développement d’un feu avant un embrasement généralisé, l’approche la plus courante
est de considérer deux zones séparées par une interface de couches horizontales. Des modèles de plus de
[3][4]
deux zones (empilées verticalement) ont également été développés , mais ils sont plus rares.
Pour les petits compartiments ayant une géométrie simple, les modèles de zone sont généralement
considérés suffisamment précis pour la plupart des situations impliquant le développement d’un feu
avant un embrasement généralisé à l’échelle d’un local. Cependant, cela dépendra des buts de l’analyse.
L’utilisateur doit vérifier si une validation appropriée a été démontrée pour le modèle sélectionné pour
le scénario considéré dans l’analyse. En 8.8, une discussion plus approfondie sur les limites des modèles
de zone est proposée.
5.4.2 Conservation de la masse et de l’énergie
Les équations fondamentales (de conservation) relatives au transfert de masse et d’énergie sont
appliquées à chaque volume de contrôle. Les débits massiques entrent et sortent de chaque volume de
contrôle via le panache et par les ouvertures dans le mur ou le plafond, ou par des conduits/ventilateurs
constituant un système de ventilation mécanique. Il existe également des flux enthalpiques associés à
chaque débit massique entrant et sortant du volume de contrôle et des transferts thermiques comme le
rayonnement et le rerayonnement, ainsi que l’énergie de combustion libérée par le combustible en feu.
Les pertes de chaleur par conduction au travers de surfaces ou par rayonnement au travers d’ouvertures
déterminent la chaleur nette transférée vers ou en provenance du volume de contrôle et influe sur la
température moyenne des gaz du volume de contrôle.
La position de l’interface entre les zones adjacentes dépend du volume de chaque zone par rapport
au volume du local. Les équations de conservation sont généralement résolues pour le volume et la
température de gaz de chaque zone ainsi que la pression du local. Beaucoup d’autres formulations
[5]
des équations de conservation peuvent également être utilisées . La plupart des modèles de zone
représentent chaque volume comme une couche horizontale de gaz avec une section transversale
constante (définie par l’aire du local) et une hauteur qui varie en fonction du temps. Une section
transversale constante n’est pas une condition nécessaire et certains modèles autorisent des variations
avec par exemple des plafonds inclinés. Cependant, la plupart des modèles de zone supposent un
compartiment de volume rectangulaire défini par une longueur, une largeur et une hauteur, et dans ce
cas, la section transversale ne change pas au cours du calcul, le modèle de zone permettant ainsi une
analyse unidimensionnelle avec des propriétés susceptibles de varier seulement selon la hauteur mais
pas au niveau de l’aire de l’enceinte.
Les modèles de zone ne résolvent pas explicitement d’équations relatives à la conservation de la quantité
de mouvement. Cela signifie que les gaz chauds sont supposés monter et se propager instantanément
sous un plafond en ignorant le temps nécessaire pour que le panache et les flux de jet en plafond
atteignent le plafond et se répandent aux quatre coins de l’enceinte. Cette hypothèse est généralement
raisonnable pour les petites enceintes, mais pour les grandes enceintes, en pratique cela peut prendre
des dizaines de secondes pour qu’un flux de gaz émis par l’incendie n’atteigne l’emplacement le plus
éloigné de l’enceinte. Négliger cet effet peut être conservatif ou non conservatif, du moins en théorie, en
fonction de l’objectif de conception. Par exemple, pour le temps d’activation d’un détecteur, négliger cet
effet sous-estimerait le temps de détection et réduirait la marge de sécurité entre le temps d’évacuation
et les conditions intenables. Toutefois, le conservatisme initial basé sur une propagation instantanée
sous un plafond peut être réduit ou inversé ultérieurement après que la couche chaude a été établie avec
des non-uniformités dans la position de la couche de fumée se produisant dans les compartiments de
grandes dimensions en raison d’ondes de gravité, de pertes de chaleur et de perte de flottabilité, etc.
Un modèle à deux zones différencie la couche supérieure et inférieure par une différence dans les
propriétés de la couche (par exemple, température, masse volumique, concentration). Chaque couche
uniforme est assimilée à un gaz parfait. Il peut exister une couche supérieure à tout moment à partir
du début du calcul et elle peut constituer ou non une couche réelle de fumée. Une couche supérieure
exempte de fumée peut se développer par les seules conditions de ventilation en cas de différences de
[6]
température ambiante entre des locaux ou entre un local et l’extérieur . Toutefois cela n’aura en général
que peu de conséquences lors de l’évaluation de l’environnement incendie dans le but de déterminer la
surviabilité des personnes.
Les variations de température de l’air sur la hauteur d’un compartiment dans des conditions ambiantes
sans incendie sont généralement ignorées. En pratique, ces gradients de température peuvent conduire à
une stratification précoce de la fumée à une certaine distance sous le plafond, ce qui peut être important
en cas de tentative de modéliser les performances de systèmes de détection de fumée. Ces effets ne
sont généralement importants qu’au début du développement de l’incendie, lorsque les écoulements du
panache sont relativement faibles et que l’augmentation de la température du gaz est faible, et encore
une fois, cela n’aura en général que peu de conséquences lors de l’évaluation de l’environnement d’un
incendie pour la surviabilité des personnes.
5.4.3 Ventilation
Les modèles de zone utilisent généralement l’équation de Bernoulli pour mettre en relation la pression
et la vitesse au sein d’un écoulement fluide (incompressible), permettant de calculer le débit massique
à travers l’ouverture d’un évent alors que les pertes de charges par frottement sont ignorées. Le débit
massique des gaz à travers une ouverture dans un mur dépend du profil de pression hydrostatique de
chaque côté de l’ouverture. Une description détaillée des équations algébriques correspondantes est
[7]
donnée dans l’ISO 16737 .
4 © ISO 2013 – Tous droits réservés

Dans les grands bâtiments présentant des centaines ou des milliers de compartiments et une ventilation,
l’utilisation d’un modèle classique de deux zones devient peu pratique, et des modèles de réseau plus
[8]
efficaces ont été développés, utilisant une approche plus simple de paramètres localisés pour conserver
la masse, l’énergie et la quantité de mouvement au niveau des connexions de ventilation (ou nœuds). Ces
modèles en réseau n’entrent pas dans le domaine d’application de la présente Spécification technique.
5.4.4 Développement du feu
Normalement les modèles de zone ne modélisent pas le développement du feu, c’est-à-dire le débit
calorifique réel du feu. L’utilisateur doit fournir soit le débit calorifique, soit la vitesse de pyrolyse
de la masse du combustible et la chaleur de combustion. Si le modèle de zone calcule également la
concentration d’oxygène dans chaque couche, alors la vitesse de combustion et le débit calorifique
correspondant peuvent être limités à un niveau inférieur à celui pouvant être supporté par l’apport
disponible en oxygène. Dans ce cas le modèle permet également de suivre le combustible non brûlé
comme espèce supplémentaire, qui peut être susceptible de brûler dans d’autres locaux ou en dehors de
l’enceinte à condition que l’oxygène disponible soit suffisant à cet endroit.
Si une quantité considérable de combustible non brûlé est présente dans des espaces éloignés du local
d’origine, cela suggère que le local d’origine peut être une condition bien mélangée c’est-à-dire qu’une
approche avec une seule zone est raisonnable.
Le développement du feu avant un embrasement généralisé peut être simulée sur la base des
caractéristiques des matériaux combustibles réels (contenus dans le local) ou par l’utilisation d’une
courbe générique de développement du feu, telle qu’une évolution de la puissance du feu en fonction
du temps au carré. Dans le premier cas, sauf si le modèle est capable d’estimer l’inflammation et la
combustion de foyers secondaires, la simulation ne peut être basée que sur le foyer initial et il ne sera
pas possible d’évaluer l’environnement de l’incendie au-delà du temps nécessaire pour que plus d’un
foyer soit impliqué en pratique. Dans le dernier cas d’une courbe générique d’évolution de la puissance
du feu en fonction du temps au carré ou similaire décrivant le débit calorifique, il peut être supposé que
le développement du feu continue jusqu’à ce qu’il soit limité par l’apport en oxygène, ou jusqu’à ce que la
vitesse de combustion atteigne un pic supposé. Si une combustion pleinement développée ou après un
embrasement généralisé doit être simulée, le modèle choisi doit avoir été validé dans ce but.
5.4.5 Panaches
[9]
L’ISO 16734 décrit un ensemble d’équations pour les panaches de feu quasi permanents et
axisymétriques.
Le feu est considéré comme un point source d’énergie et de particules qui se manifeste par un panache
qui transporte de la masse de la couche inférieure à la couche supérieure au cours d’un processus appelé
entraînement. Le volume du panache est supposé petit par rapport au volume du compartiment. Aucune
masse ne traverse l’interface entre les couches excepté par le biais du panache et des écoulements de
ventilation. À un certain stade de l’évolution d’un incendie, des écoulements gouvernés par les forces de
gravité peuvent être générés en raison du refroidissement convectif des gaz en contact avec la surface
des murs, entraînant le mélange de la fumée avec l’air, viciant ainsi la couche «exempte de fumée».
L’entraînement est calculé en utilisant à la fois la théorie et des termes déduits empiriquement. Une
variation d’environ 20 % dans l’entraînement peut être attendue entre les coefficients d’entraînement
[10]
déduits empiriquement couramment utilisés . Le panache est supposé ne pas être affecté par les
systèmes de ventilation ou le vent ainsi que tout autre écoulement induit (par exemple dû à des apports
d’air d’appoint). Si ces effets sont présents, le panache peut être perturbé ou emporté, augmentant la
quantité totale d’air entraînée dans le panache et causant une augmentation de l’épaisseur de la couche
supérieure et une baisse correspondante de la température. Dans les cas où ces écoulements induits
sont élevés, une accumulation de fumée peut être observée dans le local.
6 Paramètres d’entrée et sources de données pour les modèles incendie de zone
6.1 Géométrie de l’enceinte
Les modèles de zone nécessitent généralement des enceintes devant être représentées sous forme
de volumes rectangulaires avec une section transversale uniforme sur leur hauteur. Les espaces non
rectangulaires peuvent être modélisés comme un volume rectangulaire équivalent de sorte que la
surface au sol et la longueur du périmètre sont conservées. Cela maintient à la fois le volume et la surface
de manière à représenter correctement le transfert thermique. Il est également requis que la hauteur soit
conservée car les calculs relatifs à l’entraînement du panache et à la production de fumée sont fortement
influencés par la distance verticale entre le feu et l’interface de la couche de fumée.
Certains modèles de zone autorisent des variations dans la section transversale sur la hauteur d’une
enceinte (par exemple pour un plafond incliné) pour le calcul du volume de la couche supérieure et de
la hauteur de la couche. Toutefois, cette capacité peut ne pas être très importante dans les situations où
les occupants sont situés bien au-dessous de la pente du toit, où la section transversale de l’interface de
la couche de fumée est la même que la surface au sol. Si au contraire il est supposé que les occupants
se situent à des niveaux plus près du toit, il est important de prendre soigneusement en considération
l’historique de la couche de fumée, en particulier aux premiers stades de développement du feu.
Dans les cas où un modèle de zone nécessite que l’enceinte soit représentée par un volume rectangulaire,
un espace avec un toit en pente doit être représenté par un volume rectangulaire équivalent. La hauteur
du volume rectangulaire doit être égale au niveau le plus haut du toit, et la surface au sol ajustée de sorte
que le volume global de l’enceinte soit conservé. Alternativement, lorsque le calcul principal concerne la
hauteur de la couche sans fumée, la hauteur moyenne du toit peut être utilisée, en conservant la surface
au sol et la longueur du périmètre. La première approche permet une représentation plus fidèle de la
vitesse d’entraînement et du volume/profondeur de la couche de fumée dans les cas où le panache de
feu se situe au-dessous du sommet du toit, toutefois les différences dans la hauteur calculée de la couche
sans fumée ne sont pas considérables et en général, l’une ou l’autre hypothèse est acceptable.
Si en pratique le panache est décalé horizontalement par rapport au sommet d’un toit en pente (voir
Figure 2), l’entraînement réel est supposé inférieur en raison de la hauteur inférieure sur laquelle
l’entraînement se produit. Dans ce cas, il est généralement conservatif de situer le panache au-dessous
de la partie la plus haute du toit afin de générer le plus grand volume de fumée et une vitesse plus
rapide de remplissage de fumée. Par conséquent, il est généralement acceptable d’ignorer l’impact
des panaches inférieurs décalés lorsque les conditions dans la partie inférieure de l’enceinte sont la
principale préoccupation.
Figure 2 — Exemple de géométrie d’un bâtiment avec le foyer de l’incendie et le panache qui
s’élève situés au centre (à gauche) et près d’un mur (à droite)
Les limites concernant les dimensions de l’enceinte et les rapports d’aspect sont traités à l’Article 8.
6 © ISO 2013 – Tous droits réservés

6.2 Multi-locaux
Les modèles de zone peuvent s’appliquer à des locaux seuls ou à plusieurs locaux reliés entre eux et à
l’extérieur par des ouvertures (appelées évents). Les modèles peuvent être limités quant au nombre
maximal de locaux ou d’évents pouvant être pris en compte.
La précision des résultats d’un modèle de zone pour des locaux adjacents peut logiquement diminuer
en fonction du nombre de locaux situés entre le local d’origine de l’incendie et un local cible (c’est-à-dire
que dans le cas d’un modèle avec six locaux, des résultats plus fiables sont à attendre si cinq locaux sont
directement reliés au local d’origine que dans le cas où les six locaux sont reliés en série et qu’il existe
cinq ouvertures de porte entre le local d’origine de l’incendie et le local cible). L’incertitude dans le calcul
des écoulements au travers des évents sera multipliée avec chaque écoulement successif au travers
d’un évent, augmentant ainsi l’incertitude totale. Il convient que les utilisateurs cherchent à utiliser la
disposition la plus simple et le plus petit nombre de locaux pouvant représenter de manière appropriée
le bâtiment à modéliser.
6.3 Ouvertures
Les ouvertures telles que les portes et les fenêtres peuvent être situées dans les murs intérieurs ou
extérieurs du bâtiment et sont généralement représentées sous forme d’ouvertures rectangulaires
définies par une largeur, une hauteur et leur élévation dans la pièce. Certains modèles de zone peuvent
n’autoriser qu’une seule ouverture, tandis que d’autres en autorisent plusieurs.
Le coefficient de perte de charge, défini comme le rapport de la surface d’écoulement effective sur la surface
d’ouverture géométrique est généralement compris dans la plage de 0,6 à 0,7 pour les évents à ouverture
[11]
rectangulaire . En pratique, le coefficient de perte de charge dépend de la forme et de la rugosité des
surfaces (par exemple, arêtes vives ou arrondies). En général, les coefficients de perte de charge varient
selon la forme des ouvertures. Par exemple, pour les ailettes, le coefficient de perte de charge peut être
seulement de 0,20; et lorsque le haut d’une ouverture rectangulaire est situé à la même hauteur que le
plafond et est continu avec celui-ci, le coefficient de perte de charge peut être plus proche de 1,0.
Certains modèles supposent une valeur constante par défaut du coefficient de perte de charge, tandis
que dans d’autres modèles il peut être ajusté pour tenir compte de la forme individuelle et des détails
de construction de l’ouverture. La largeur de plusieurs ouvertures dans une pièce peut être additionnée
et représentée sous la forme d’une seule ouverture lorsque la hauteur et l’élévation des ouvertures sont
les mêmes et que celles-ci sont reliées au même espace (par exemple l’extérieur du bâtiment). Certains
modèles peuvent également permettre d’ouvrir ou de fermer les ouvertures, ou de faire varier la largeur
d’une ouverture, au cours d’une simulation.
Dans la plupart des modèles de zone, les variations de pression dans les locaux doivent être suffisamment
faibles pour que l’effet sur la masse volumique du gaz soit négligeable. Cela peut être problématique
pour les espaces pressurisés et des approches spécifiques peuvent être nécessaires dans ces cas qui ne
sont généralement pas couverts par les modèles de zone destinés au bâtimentaire. Certains modèles
spécialisés peuvent rendre compte des variations de pression dans un espace confiné et ventilé, par
exemple pour les applications destinées aux installations nucléaires.
Il convient que les modèles de zone destinés au bâtimentaire ne soient pas utilisés pour les espaces
[6]
complètement étanches, et il convient d’inclure une fuite du système vers l’extérieur , ou d’autres moyens
fournis pour traiter l’accumulation de pression. Une fuite du compartiment peut être modélisée au moyen
d’un évent étroit allant du sol au plafond d’une largeur fixée pour représenter la surface de fuite.
6.4 Matériaux de délimitation
Les modèles de zone supposent généralement que les matériaux de délimitation (par exemple murs,
plafond et sols) sont inertes et non combustibles (c’est-à-dire qu’ils ne s’enflamment pas et n’apportent
pas d’énergie au feu). Dans ce cas, si des matériaux combustibles tels que des produits en plastique ou
en bois sont utilisés comme matériaux de surface des murs ou du plafond, en pratique ils peuvent être
enflammés par le foyer et alimenter le feu en combustible et en énergie supplémentaires, ce que le modèle
de zone n’inclurait pas automatiquement dans les calculs et les prédictions en termes de dangers. Il
convient que l’utilisateur en soit conscient et en tienne compte lors de la sélection d’un débit calorifique
approprié en entrée pour les calculs. D’autres solutions incluent l’utilisation de plusieurs foyers ou de
sous-modèles de propagation de flammes en surface, si cela est prévu dans le modèle spécifique.
Les propriétés thermiques des matériaux de délimitation influencent les pertes thermiques de l’enceinte
par conduction, et par conséquent influencent la température et le volume des gaz dans les couches.
Certains modèles de zone rendent compte des pertes thermiques en utilisant une fraction des pertes
thermiques totales en entrée, tandis que d’autres modèles tentent de calculer les pertes par conduction
au moyen de méthodes de différences finies prenant en compte les propriétés thermiques des matériaux
de délimitation. Certains modèles peuvent autoriser que les surfaces de délimitation soient constituées
de plusieurs couches et matériaux, avec ou sans espaces vides, ou d’une seule couche avec des propriétés
thermiques spécifiées pour le matériau. Certains modèles prennent en compte le transfert thermique
sur deux surfaces uniquement (celles en contact avec les gaz de la couche supérieure et celles en contact
avec les gaz de la couche inférieure), tandis que d’autres calculent le transfert thermique sur quatre
surfaces ou plus.
Dans la plupart des modèles de zone, la dépendance éventuelle à la température des propriétés thermiques
des matériaux de délimitation (par exemple, conductivité thermique, chaleur spécifique) est ignorée et
des valeurs constantes sont utilisées dans les calculs. Cette hypothèse est considérée comme acceptable
étant donné le niveau global de précision du modèle de zone. Une plus faible valeur de conductivité
thermique des matériaux de délimitation entraînera des prédictions de température plus élevée des
surfaces exposées et des températures de gaz plus élevées dans la pièce. Il est recommandé d’utiliser
une valeur moyenne de conductivité thermique des matériaux dans la plage de températures prévue.
Les valeurs d’entrée pour les propriétés thermiques peuvent être tirées de publications concernant le
transfert thermique, de manuels ou de la littérature technique sur le produit.
Les modèles de zone ne prennent pas en compte les transferts thermiques du contenu du local, uniquement
le transfert thermique vers les surfaces de délimitation de l’enceinte, bien qu’il soit peu probable que cela
affecte de manière significative les résultats obtenus.
6.5 Paramètres du feu de dimensionnement
Le feu de dimensionnement est la description quantitative des caractéristiques d’un incendie à utiliser
par le modèle de zone. La variable d’entrée la plus importante influant sur le cours de l’incendie et en
[12]
particulier les températures de gaz atteintes, est le débit calorifique en fonction du temps . Si un modèle
de zone est utilisé pour évaluer les facteurs qui dépendent de la densité de fumée tels que la visibilité à
travers la fumée ou la réponse de détecteurs optiques de fumée, le choix du paramètre d’entrée relatif
au rendement en fumée/suie est également très important.
Étant donné que dans la plupart des modèles de zone les caractéristiques du feu de dimensionnent sont
des variables d’entrée à fournir par l’utilisateur, il est crucial que pour les applications de conception
en particulier, les parties prenantes au projet et les organismes de réglementation se mettent d’accord
au préalable sur le feu de dimensionnement à utiliser, y compris le débit calorifique et les vitesses de
production d’espèces. Des lignes directrices sur la sélection des scénarios d’incendie de dimensionnement
[13]
et des feux de dimensionnement sont données dans l’ISO/TS 16733 .
8 © ISO 2013 – Tous droits réservés

6.5.1 Débit calorifique
Deux des trois caractéristiques suivantes des feux doivent généralement être spécifiées dans un modèle
de zone. La relation entre les variables est la suivante:


Qm= Δh
c
où
est le débit calorifique par rapport au temps;

Q (kW)
est la vitesse de perte de masse du combustible;

m (g/s)
est la chaleur effective de combustion.
Δh (kJ/g)
c
6.5.2 Fraction de perte rayonnée
La fraction de perte rayonnée, à savoir la proportion de l’énergie totale de combustion qui est perdue par
rayonnement au niveau du panache, peut être requise, la contrepartie étant le dégagement thermique
convectif transporté vers les couches et utilisé pour augmenter la température des gaz des couches. Le
transfert thermique radiatif contribue considérablement au développement des conditions menant à un
embrasement généralisé, notamment l’inflammation secondaire des matériaux, ainsi que l’épaisseur de
la couche chaude et la température des gaz.
Bien que la fraction de perte rayonnée lors d’incendies réels varie selon le type de combustible, la
température, l’oxygène disponible et la concentration en suie dans la flamme, les modèles de zone
utilisent généralement une valeur constante. Cependant, la fraction de perte rayonnée peut ou non être
entrée par l’utilisateur en fonction du modèle de zone spécifique.
La fraction de perte rayonnée peut aller de 0,15 à 0,50 en fonction du combustible, une valeur de
0,3 étant considérée comme une valeur raisonnable par défaut pour les feux produisant beaucoup de
[14]
suie . Des données supplémentaires sur les fractions de perte rayonnée peuvent être consultées dans
la Référence [15].
6.5.3 Production d’espèces
Certains modèles de zone suivent et calculent la concentration de divers produits de combustion tels que
le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO ), la fumée/suie (C), le cyanure d’hydrogène
(HCN), la vapeur d’eau (H O) et les hydrocarbures non brûlés. L’oxygène consommé au cours de la
réaction de combustion peut également être pris en compte.
Les vitesses de production d’espèces saisies dans un modèle de zone peuvent être exprimées soit sous
forme de rendement, c’est-à-dire la masse des espèces produites par unité de masse de combustible
pyrolysé, soit sous forme de rapports spécifiques du rendement, par exemple C/CO. Les modèles de zone
spécifiques nécessitent de saisir les vitesses de production d’espèces dans un format particulier. En
pratique, les vitesses de production d’esp
...