Des études récentes menées par le Centre de recherche sur les techniques de défense incendie de l’Institut de technologie de Karlsruhe montrent que l’hydrogène est un gaz inflammable qui, lorsque qu’il fuit d’un véhicule stationné dans un parking souterrain et qui fonctionne avec ce carburant et si les conditions sont favorables, s’écoule rapidement hors de la structure impactée. Une ventilation par surpression ne peut pratiquement pas accélérer ce processus dans la situation particulière telle qu’étudiée, mais ne représenterait probablement pas non plus de danger dans ces conditions données, car la ventilation par surpression n’«inonde» pas des zones auparavant non critiques avec des mélanges hydrogène-air inflammables.
Qu’en est-il de la ventilation en cas de dégagement d’hydrogène sans feu?
De nombreux corps de sapeurs-pompiers planchent actuellement sur l’élaboration de règles d’intervention en cas d’incidents impliquant des véhicules fonctionnant à l’hydrogène, thématique que nous évoquons très souvent dans notre magazine. Dans ce contexte, la question s’est posée de savoir si engager la ventilation tactique en cas de dégagement d’hydrogène sans feu dans un parking souterrain était judicieux ou si cela pouvait induire une augmentation des risques d’explosion.
Résumé de l’exposé technique présenté lors du Forum des commandants 2024
Le Centre de recherche sur les techniques de défense incendie de l’Institut de technologie de Karlsruhe étudie cette question dans le cadre de la recherche menée sur la protection incendie dans les Länder allemands sur mandat de la Commission des affaires relatives aux sapeurs-pompiers, de la protection civile et de la défense civile. C’est dans le cadre du Forum des commandants 2024 de l’International Fire Academy que Dietmar Schelb a présenté les premiers résultats des simulations d’écoulement des fluides réalisées avec le programme CFD Ansys CFX (CFD signifiant Computational Fluid Dynamics). Pour notre part, nous avons collaboré avec Dietmar Schelb pour rédiger le résumé ci-dessous.
Scénario étudié dans des conditions architectoniques favorables
Dans le cadre de la simulation CFD, il a été supposé que 6 kg d’hydrogène s’échappent de façon diffuse durant 60 secondes du réservoir sous pression d’un véhicule, que le plafond du parking souterrain est plat et sans poutrelles apparentes et que la structure possède une entrée et une sortie opposées par lesquelles le mélange hydrogène-air peut s’écouler librement vers l’extérieur.
Evacuation rapide du mélange hydrogène-air, même sans ventilateur
Le graphique 1 montre une coupe longitudinale indiquant la concentration d’hydrogène dans l’air au moment où l’écoulement du réservoir sous pression se termine. L’hydrogène s’échappe sous le véhicule et le léger mélange d’hydrogène et d’air s’écoule à droite et à gauche le long du plafond, vers l’entrée et la sortie et donc vers l’extérieur (flèches noires). Une valeur de «fraction molaire» de 0,04 est mesurée, ce qui signifie qu’il y a 4% d’hydrogène dans l’air. Il s’agit-là de la limite inférieure d’explosivité. L’échelle est choisie de façon à ce que les mélanges se trouvant juste en dessous de la limite inférieure d’explosivité et au-dessus de la limite supérieure d’explosivité soient représentés en rouge.
Dans le diagramme 2, la ligne droite bleue montre que les 6 kg d’hydrogène ont été libérés au bout de 60 secondes. La courbe orange indique, quant à elle, qu’après ces 60 secondes, un peu moins de la moitié de l’hydrogène libéré du réservoir sous pression s’est écoulé à l’air libre. Après 60 secondes supplémentaires, il en reste encore 20% puis, après 180 secondes, à peine 15% de la quantité d’hydrogène libérée (moins d’un kilogramme) est dispersée dans le parking souterrain, ceci dans un faible rapport de mélange (inférieur à la limite d’inflammabilité).
Le ventilateur n’a que peu d’effet
Dans une deuxième simulation CFD, c’est l’effet d’un ventilateur qui injecte de l’air durant 60 secondes après le début de la fuite d’hydrogène (c’est-à-dire immédiatement après la fin de la fuite du conteneur sous pression) avec un angle de 20 degrés vers le plafond qui a été étudié. Il est à noter que cela ne réduit toutefois que très marginalement la quantité d’hydrogène présente dans le parking souterrain.
L’engagement précoce de ventilateurs est plutôt irréaliste
A l’origine, la simulation avait été conçue pour que la ventilation en surpression ne démarre qu’après un temps calculé d’arrivée sur site et de préparation réaliste à l’engagement des sapeurs-pompiers de 10 à 15 min après la fuite de l’hydrogène du réservoir sous pression. Toutefois, la simulation a montré qu’au bout de 10 minutes, pratiquement tout l’hydrogène s’était déjà écoulé à l’extérieur, et ceci même sans ventilation. Pour étudier l’effet de la ventilation en surpression, il a donc fallu démarrer celle-ci à un moment irréaliste du point de vue de la tactique d’intervention.
De nombreuses questions sont encore en suspens
Les simulations CFD réalisées ne reflètent évidemment pas des situations d’intervention réelles. L’objectif était d’identifier certaines interactions fondamentales. Du point de vue des sapeurs-pompiers, on pourrait en conclure que, dans de telles conditions, une ventilation en surpression ne sert pas à grand-chose, car le mélange inflammable d’hydrogène et d’air s’échappe de toute façon très rapidement vers l’extérieur. Toutefois, cela n’est le cas que s’il existe un exutoire menant vers l’extérieur au point le plus haut du parking souterrain. «La prochaine étape consistera à étudier le comportement d’une ventilation en surpression sur les mélanges hydrogène-air dans les plafonds avec poutrelles apparentes, endroits où des mélanges de gaz légers peuvent s’accumuler», explique Dietmar Schelb.
L’engagement d’un ventilateur n’augmente probablement pas le risque d’explosion
En l’état actuel des connaissances, Dietmar Schelb estime qu’il est peu probable que le risque d’explosion puisse être augmenté par une ventilation en surpression mise en œuvre de la part des sapeurs-pompiers dans ces conditions architectoniques concrètes, où l’hydrogène peut s’échapper rapidement vers l’extérieur. Une tout autre question est de savoir si les sapeurs-pompiers peuvent arriver sur le lieu de l’intervention et ventiler en surpression avant que l’hydrogène ne se soit échappé de la structure concernée.
Pas de conséquences pour la ventilation tactique en cas d’incendie
Pour éviter tout malentendu, il s’agit de préciser que les simulations CFD dont il est question ici concernent uniquement le dégagement d’hydrogène en l’absence de feu. En cas d’incendie, l’hydrogène présent serait brûlé et la ventilation tactique habituelle pourrait être engagée pour évacuer la chaleur et la fumée.
La mise à jour suivra
Nous continuerons à vous tenir informés des résultats de la recherche actuellement menée dans le domaine de la sécurité en présence d’hydrogène. Dietmar Schelb se tient volontiers à disposition, en particulier pour les collègues de la prévention incendie, pour fournir des informations détaillées sur les résultats de cette recherche.
