Simulations expérimentale et numérique des effets retardés d'une explosion en milieu clos et en présence de produits liquides

Peut-on modéliser de manière fiable les effets collatéraux (en termes de quantité ou concentration de produits éjectés) et les conséquences d une explosion en milieu clos, et en présence de produits chimiques liquides ? Pour répondre à cette vaste question, qui soulève spontanément de nombreux sous-problèmes, les travaux de thèse se sont déroulés en trois temps : 1/une étude qualitative et semi-quantitative du scénario général, afin de comprendre le déroulement chronologique des évènements, et d émettre les hypothèses nécessaires à une modélisation, 2 /L étude systématique des effets d une explosion en milieu clos, en présence ou non de produits liquides. Avant de modéliser la dégradation du produit liquide soumis à une température et à une pression élevées, les expérimentations préliminaires ont en effet fait apparaître la nécessité de quantifier dans le temps et dans l espace, les effets thermiques et mécaniques d une explosion à volume constant, 3/L élaboration de modèles 0D(t) à partir des conclusions précédentes afin, d une part, d estimer la durée de vie d une phase liquide dans un environnement thermodynamique contraint et, d autre part, de démontrer la possibilité de modéliser le problème global de manière réduite. En effet, le terme source d un tel évènement ne peut être modélisé par une libération ponctuelle de produit : il s agit d une libération étendue dans le temps, par le biais d un écoulement chaud a priori diphasique et de débit variable. Les couplages des phénomènes, observés expérimentalement, rendent nécessaires : 1 - Une modélisation instationnaire de l évolution de la pression et une estimation du niveau de température atteint dans le volume d étude, après détonation d une charge explosive, 2 - Une modélisation de la libération de la phase liquide dans l enceinte, sous forme de gouttes millimétriques ou de gouttelettes microniques 3 - Une modélisation instationnaire des transferts couplés de masse et d énergie entre la phase liquide et la phase gazeuse en présence et prise en compte d éventuelles réactions chimiques à haute pression et haute température 4 - Et enfin, une modélisation instationnaire des rejets à la brèche. L étude d une explosion à volume constant a montré qu il est possible de modéliser de manière simple la montée continue en pression de l enceinte par une fonction exponentielle croissante. Pour une configuration de référence donnée explosion d une sphère d explosif dans un parallélépipède la valeur maximale de pression est directement proportionnelle au taux de chargement en explosif, sur l intervalle [0,01 0,6] kg/m3. Le passage à une géométrie différente ou plus complexe demande l introduction d un coefficient correctif pour traduire l amplification (ou l atténuation) de la combustion turbulente des produits de détonation avec l air ambiant. En ce qui concerne le champ de température par contre, notre analyse a montré qu il coexiste des zones chaudes et des zones dites froides et que la valeur de température homogène finale calculée à partir d un code thermochimique ne peut constituer qu une simple indication. Seule une estimation du volume respectif de ces zones a été proposée ici. Nous avons établi que les propriétés physico-chimiques des produits stockés sont un point clef du problème et on suppose ces données connues pour une gamme de produits chimiques liquides à pression ambiante, communément utilisés dans l industrie. Seul le phénomène d évaporation a été développé dans ce mémoire. L introduction de réactions chimiques entre constituants se traduirait dans les modèles par des termes sources supplémentaires liés à l apparition ou la disparition d espèces.Is it possible to model collateral effects due to an explosion (on a chemical facility for instance) occuring in a closed volume containing liquid chemical products storage units ?This thesis deals with a zerodimensionnal modelisation of such a 3D complex problem to asses the final thermodynamic state of chemical products released in the atmosphere. Developped sub-models take into account:- the unsteady time histories of the internal overpressure and temperature,- the unsteady liquid ejection (droplets sizes)- the unsteady modelisation of the local heat and mass transfers between the gas phase and the liquid phase- the unsteady ejection process of the resulting multiphase mixture in the environment.Models and sub-models are validated thanks to many experimental results.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF