DP Ventilation Cle557d66-3

ministre de lquipement, des Transports, du Logement, du Tourisme et de la Merdirection des routes

dossier pilote des tunnelsquipements

Ventilation

IBSN 2-11-084740-9

CENTRE DTUDES DES TUNNELS25, avenue Franois Mitterrand - 69674 Bron cedex - France

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section 4.1

novembre 2003

TABLE DES MATIRES

1 Enjeux de la ventilation 71.1 Rles de la ventilation dans un tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2 Les types de ventilation en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Importance de la ventilation dans la conception gnrale dun tunnel . . . . . . 11

1.3.1 Encombrement des quipements de ventilation . . . . . . . . . . . . . 111.3.2 Incidence sur le projet de tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.3.3 Articulation des tudes de ventilation avec les diffrentes tapes du projet 141.3.4 Ordre de grandeur des cots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.4 Textes de rfrence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.4.1 Scurit en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.4.2 Qualit de lair en tunnel en exploitation normale . . . . . . . . . . . . 181.4.3 Qualit de lair et bruit au voisinage des tunnels . . . . . . . . . . . . . 18

2 Dsenfumage en cas dincendie 192.1 Les incendies en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1.1 Risques dincendie en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1.2 Les risques lors dun incendie en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.1.3 Incendies de dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.1.4 Place du dsenfumage dans lensemble des quipements de scurit . . 22

2.2 Notions sur le comportement des fumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.1 En labsence de courant dair longitudinal . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.2 Influence dun courant dair longitudinal . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.3 Effet de la pente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3 Les stratgies de dsenfumage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3.1 Principes gnraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3.2 Cas o labsence de dispositif de dsenfumage est autorise . . . . . . 252.3.3 Stratgie en ventilation longitudinale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.3.4 Ventilation longitudinale avec extractions massives . . . . . . . . . . . 272.3.5 Stratgie en ventilation transversale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.4 Rsum des dispositions de ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3 Besoins en ventilation sanitaire 333.1 Seuils admissibles de polluants en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.1.2 Les diffrents polluants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.1.3 Niveaux admissibles en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.1.4 missions de polluants par les vhicules . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

1

23.2 Air frais pour la ventilation sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.2.1 La dilution des polluants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.2.2 Calcul des dbits dair frais ncessaires . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.2.3 Le traitement de lair en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.3 Les niveaux de pollution en tunnel selon le systme de ventilation . . . . . . . . 403.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.2 Ventilation longitudinale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.3 Ventilation semi-transversale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.4 Ventilation transversale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.3.5 Autres systmes de ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.4 Vitesse de lair en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4 Choix du systme de ventilation 454.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.2 Les critres de choix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.1 Trafic empruntant litinraire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2.2 Exploitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2.3 Environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2.4 Autres donnes propres louvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.2.5 Cots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.3 Avantages et inconvnients des systmes de ventilation usuels . . . . . . . . . . 484.3.1 Ventilation naturelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.3.2 Ventilation longitudinale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.3.3 Ventilation longitudinale avec extractions massives . . . . . . . . . . . 484.3.4 Ventilation transversale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.4 Choix habituellement retenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.4.1 Tunnels non urbains trafic non faible . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.4.2 Tunnels non urbains trafic faible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.4.3 Tunnels urbains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

5 Conception et dimensionnement de la ventilation 515.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515.2 lments de dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515.2.2 Pertes de charge en tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515.2.3 Effet chemine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535.2.4 Lentranement de lair par les vhicules : le pistonnement . . . . . . . 535.2.5 Les contre-pressions atmosphriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.2.6 Caractristiques de lair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.2.7 Donnes de trafic ncessaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.2.8 Nombre de vhicules susceptibles dtre bloqus dans le tunnel . . . . . 605.2.9 Notion sur le bruit gnr par la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . 615.2.10 Outils de dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.3 Conception et dimensionnement dune ventilation longitudinale . . . . . . . . . 625.3.1 Dsenfumage en cas dincendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.3.2 Calcul de la pousse ncessaire pour la ventilation sanitaire . . . . . . . 665.3.3 Notions sur les acclrateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

35.3.4 Limites de la ventilation longitudinale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685.3.5 Ventilation longitudinale avec extraction massive . . . . . . . . . . . . 68

5.4 Conception et dimensionnement dune ventilation transversale . . . . . . . . . 695.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695.4.2 Les principaux choix techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705.4.3 Mthodes de contrle du courant dair en cas dincendie . . . . . . . . 745.4.4 Calcul des installations de soufflage dair frais . . . . . . . . . . . . . . 765.4.5 Calcul des installations dextraction dair vici et de fumes . . . . . . 795.4.6 Notions sur les ventilateurs utiliss en ventilation transversale . . . . . 815.4.7 Contraintes de gnie civil pour la ventilation transversale . . . . . . . . 825.4.8 Cas des puits de ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 845.4.9 Les stations de ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.5 Commande de la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875.5.1 Les capteurs contrlant la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885.5.2 Exploitation normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905.5.3 Raction aux incidents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.6 Ventilation des abris et galeries dvacuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.6.2 Dispositions particulires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.6.3 Les clapets de dcompression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Bibliographie 99

Annexes 101

A Exemple de dimensionnement dune installation de ventilation longitudinale 103A.1 Prsentation du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

A.1.1 Caractristiques de litinraire et du trafic routier . . . . . . . . . . . . 103A.1.2 Caractristiques gomtriques du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . 103A.1.3 Contraintes denvironnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103A.1.4 Exploitation du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

A.2 Systme de ventilation retenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104A.3 Besoins satisfaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

A.3.1 Dsenfumage en cas dincendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104A.3.2 Ventilation sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105A.3.3 Extraction dair vici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

A.4 Conception et dimensionnement de la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . 106A.4.1 lments de dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106A.4.2 Dtermination des pousses installer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107A.4.3 Dispositions pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110A.4.4 Commande de la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

A.5 Ventilation des dispositifs dvacuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

B Exemple de dimensionnement dune installation de ventilation longitudinale avecextraction massive 113B.1 Prsentation du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

B.1.1 Caractristiques de litinraire et du trafic routier . . . . . . . . . . . . 113B.1.2 Caractristiques gomtriques du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . 114B.1.3 Contraintes denvironnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4B.1.4 Exploitation du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114B.2 Systme de ventilation retenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114B.3 Besoins satisfaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

B.3.1 Dsenfumage en cas dincendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115B.3.2 Ventilation sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116B.3.3 Extraction dair vici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

B.4 Conception et dimensionnement de la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . 116B.4.1 Elments de dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117B.4.2 Dtermination des pousses et des dbits installer . . . . . . . . . . . 119B.4.3 Dispositions pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121B.4.4 Commande de la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

C Exemple de dimensionnement dune installation de ventilation transversale 127C.1 Prsentation de lexemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

C.1.1 Caractristiques de litinraire et du trafic . . . . . . . . . . . . . . . . 127C.1.2 Caractristiques gomtriques du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . 128C.1.3 Contraintes denvironnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128C.1.4 Exploitation du tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

C.2 Systme de ventilation retenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130C.3 Besoins satisfaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

C.3.1 Dsenfumage en cas dincendie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130C.3.2 Ventilation sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

C.4 Conception et dimensionnement de la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . 133C.4.1 lments de calculs arauliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133C.4.2 Dtermination des caractristiques de linstallation . . . . . . . . . . . 135C.4.3 Dbit et pression totale des ventilateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . 144C.4.4 Puissance installe des moto-ventilateurs . . . . . . . . . . . . . . . . 147C.4.5 Dispositions constructives pour les stations de tte . . . . . . . . . . . 148C.4.6 Commande de la ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

C.5 Ventilation des dispositifs dvacuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151C.6 Variante en tunnel creus au tunnelier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

PRAMBULE

Le prsent fascicule du dossier pilote des tunnels est un guide pour la conception de laventilation des tunnels routiers depuis les tudes prliminaires jusqu lavant-projet douvragedart (APOA) ou projet douvrage dart (POA). Il naborde donc pas certains problmes quine se posent que dans les phases ultrieures du projet de tunnel. Il sadresse aussi aux matresdouvrage afin quils comprennent les enjeux principaux de la ventilation des tunnels et laraison de certains choix.

Ce document prsente dabord les enjeux de la ventilation en tunnel. Il aborde ensuiteles principes dutilisation de la ventilation en cas dincendie, la dtermination des besoins enventilation sanitaire, avant de traiter de la conception et du dimensionnement des installationsde ventilation.

Dans un but pdagogique, le chapitre 1 prsente une premire fois brivement des lmentsexpliqus plus en dtail dans la suite du document. De plus, certains concepts sont exposs defaon simplifie dans ce document, afin de ne pas nuire sa lisibilit.

5

Chapitre 1ENJEUX DE LA VENTILATION

1.1 Rles de la ventilation dans un tunnel

La ventilation en tunnel a pour objectif, en situation normale dexploitation, de maintenirla qualit de lair au niveau requis. En cas dincendie, elle a pour rle de mettre les usagers labri des fumes pour quils puissent vacuer le tunnel et, dans un second temps, de per-mettre lintervention des services de secours et de lutte contre lincendie. La ventilation duntunnel constitue un systme complexe, car il est dpendant du comportement araulique delouvrage. Un tunnel est un tout, et tous ses lments peuvent avoir une incidence sur les choixen matire de ventilation. En particulier, la longueur, le type de trafic, la faon dont est assurelexploitation ont une influence dterminante.

Dun point de vue araulique, un tunnel se distingue dun btiment essentiellement du faitde lexistence de courants dair longitudinaux et parce que les dbits de renouvellement dair ysont trs grands, de lordre de la centaine de mtres cubes dair par seconde, soit 10 100 foisplus que dans la plupart des locaux usage dhabitation ou industriel.

1.2 Les types de ventilation en tunnel

Certains tunnels ne ncessitent pas de ventilation mcanique (on parle alors de ventilationnaturelle). Il sagit de tunnels courts ou faible trafic. Quand une ventilation mcanique estncessaire, plusieurs choix sont possibles.

En situation normale dexploitation, la mthode retenue pour faire baisser les niveaux depollution dans un tunnel ventil est la dilution des polluants. La terminologie traditionnelledistingue deux systmes de ventilation, bass sur lusage de la ventilation en situation dex-ploitation normale (dans les deux cas celle-ci procde par dilution) :

le systme longitudinal, pour lequel des ventilateurs (gnralement appels acclrateursou ventilateurs de jet) poussent la masse dair du tunnel, sans apport dair frais ni sortiedair vici autrement que par les ttes ;

le systme transversal, pour lequel on injecte et/ou extrait de lair intervalles rguliersdans le tunnel au moyen de gaines de ventilation ; selon les cas, on parlera de systmetransversal pur (le dbit extrait est gal au dbit insuffl), de systme semi-transversal (ilny a pas dextraction dair vici) ou de systme transversal partiel (le dbit dextractionest plus faible que le dbit dinsufflation).

Ces systmes de ventilation sont schmatiss sur la figure 1.1.En cas dincendie, le but de la ventilation est dans un premier temps de protger les usagers

des fumes pour quils puissent vacuer le tunnel, et dans un second temps de permettre auxservices de secours et de lutte contre lincendie dintervenir. Pour ce faire, la stratgie est :

7

8 Dossier pilotes des tunnels - Ventilation

(a)

(b1)

(b2)FIG. 1.1 Schma des diffrents systmes de ventilation en situation normale dexploitation ;

les flches reprsentent le mouvement de lair (air frais en bleu, air vici en rouge) ;(a) : systme longitudinal ; (b) systme transversal : (b1) transversal pur ou partiel ;(b2) : semi-transversal.

Chapitre 1 - Enjeux de la ventilation 9

de pousser les fumes vers une zone o il ny a pas dusagers, ou de maintenir autant que faire se peut la stratification des fumes et dextraire celles-ci

en plafond ; il est ncessaire dans ce cas que la vitesse longitudinale de lair soit faibleau droit de lincendie (on parle de contrle du courant dair).

Le systme longitudinal se prte bien la premire stratgie. Dans un certain nombre de cas(cf. section 2.3.3), si une stratgie de dsenfumage longitudinale est adopte, il est ncessaire deprvoir des extractions massives de fume. Par ailleurs, par le jeu des insufflations et extractionsdair, on peut piloter un tunnel ventil transversalement de manire appliquer la stratgielongitudinale. La seconde stratgie ncessite un systme transversal. Ces points sont rsumssur la figure 1.2. Pour assurer le contrle du courant dair dans la seconde stratgie, on joue engnral sur les dbits dinsufflation et dextraction des diffrents cantons1. Dans certains cas, ilpeut tre ncessaire de mettre en place des ventilateurs spcifiques pour assurer le contrle ducourant dair. Il est noter que cette seconde stratgie nest pas adapte aux tunnels de gabaritinfrieur 2,70 m.

Dans certains cas o le tunnel est quip de ventilation longitudinale (et donc na pas degaine dextraction dair vici) mais o il y a un risque que la stratgie consistant pousserles fumes dans une direction mette en danger des usagers (cas des tunnels bidirectionnels ouunidirectionnels congestionns), on sefforce dans un premier temps de limiter le courant dairlongitudinal afin de favoriser la stratification des fumes et de permettre aux usagers dvacuer.Dans un second temps, pour lintervention des services de secours et de lutte contre lincendie,on applique la stratgie qui consiste pousser les fumes dans une direction.

Dans le prsent dossier pilote, on adopte la terminologie suivante 2 : systme longitudinal : systme de ventilation dans lequel on pousse lair longitudinale-

ment dans le tunnel ; systme semi-transversal : systme de ventilation comportant un rseau de soufflage per-

mettant de distribuer de lair frais sur toute la longueur de louvrage ; ce systme est enprincipe exclu car il noffre aucune possibilit dextraction ;

systme semi-transversal rversible : systme semi-transversal dans lequel le rseau desoufflage peut, en tout ou partie, tre transform en rseau dextraction pour le dsenfu-mage par inversion du sens dcoulement de lair dans les conduits de ventilation ;

systme transversal : systme de ventilation comportant la fois un rseau dinsufflationdair frais et un rseau dextraction dair vici ou des fumes dincendie, que ce rseausoit utilis en exploitation normale ou pas3.

Les contraintes qui dterminent le choix du systme de ventilation sont les impratifs de s-curit incendie et les besoins dair frais pour la dilution des polluants en tunnel. Dans certainscas, limpact environnemental des rejets dair lextrieur du tunnel et la vitesse maximaleacceptable pour le courant dair peuvent influer sur le choix. Pour la scurit incendie, leslongueurs maximales admissibles avec un systme de ventilation donn sont fixes par lins-truction technique annexe la circulaire 2000-63 [17], mais plusieurs systmes sont souventpossibles.

1 Un canton de ventilation est un tronon de tunnel ventil transversalement dans lequel on peut rgler ind-pendemment des autres tronons les rgimes dinsufflation et dextraction dair, voir chapitre 5.

2 La classification des systmes de ventilation par lAIPCR [11] est diffrente, car elle repose sur la maniredont est utilise la ventilation en exploitation normale, alors que dans le cadre du prsent dossier pilote, la classi-fication retenue est fonde sur les possibilits du systme et non sur son emploi effectif.

Par exemple, elle conduit appeler semi-transversal tout systme dnomm ici semi-transversal, semi-transversal rversible et transversal dans le cas o les gaines dextraction ne sont utilises quen cas dincendie.

3 Les systmes transversal pur, transversal partiel et semi-transversal avec gaine dextraction de fumes en casdincendie sont donc tous les trois qualifis de transversaux dans le prsent document.


(a)

(b)

(c)

(d)FIG. 1.2 Emploi de la ventilation en cas dincendie : (a) ventilation longitudinale ; (b) venti-

lation longitudinale avec extraction massive ; (c) ventilation transversale ; (d) ven-tilation transversale employe en stratgie longitudinale.


La ventilation longitudinale, plus simple, est en gnral bien adapte aux tunnels unidirec-tionnels sans congestion rcurrente. La ventilation transversale est utilise en gnral pour lestunnels bidirectionnels ou unidirectionnels avec congestion rcurrente. Dans le cas dun tunnelconu avec la construction diffre dun second tube (phasage), cela peut conduire des choixdiffrents dans le premier et le second tube (voir par exemple lannexe C).

Enfin, linstruction technique [17] prvoit que les prescriptions quelle formule pourront nepas tre toujours appliques de faon stricte sil est dmontr que les dispositions proposesassurent un niveau de scurit au moins quivalent. Le choix du systme de ventilation sanitaireet de la stratgie de dsenfumage est trait dans le chapitre 4. Le fonctionnement des diffrentssystmes est dtaill au chapitre 5.

1.3 Importance de la ventilation dans la conception gnrale dun tunnel

1.3.1 Encombrement des quipements de ventilation

Selon le systme de ventilation, mais aussi le type douvrage (gomtrie vote ou rec-tangulaire), les contraintes dinstallation des quipements de ventilation sont diffrentes. Celapeut impliquer des travaux de gnie civil importants, qui peuvent avoir une grande incidencesur le cot dun tunnel.Ventilation longitudinale dun tunnel vot

En ventilation longitudinale, le courant dair est en gnral cr par des acclrateurs.Quand le tunnel est vot, la meilleure implantation des ventilateurs est en sous-face de lavote et ne ncessite gnralement pas de sur-excavation (voir figure 1.3). Dans le cas o une

(a)

gabarit routier

(b)FIG. 1.3 Implantation de ventilateurs en vote de tunnel

extraction massive est ncessaire, il faut prvoir limplantation dune station de ventilation (trsgrossirement, entre 1 000 et 5 000 m3) localiser proximit du point dextraction. Cette sta-tion doit tre relie lextrieur pour permettre la sortie des fumes en cas dincendie. Celapeut conduire, le cas chant, construire des puits ou des galeries de transit pour le passagede lair.


Ventilation longitudinale dun tunnel section rectangulaireDans le cas dun tunnel section rectangulaire, on ne peut pas utiliser lespace qui serait

libr par la vote au dessus du gabarit routier. Il est donc ncessaire de prvoir un sur-gabaritpour limplantation des ventilateurs (figure 1.4(a)). Cela peut tre fait sur toute la longueur delouvrage ou localement au droit des ventilateurs, au moyen dun bossage (figure 1.4(c)). Unesolution possible mais dconseille pour des raisons defficacit araulique est dimplanter lesacclrateurs latralement (cela permet parfois dintgrer une tranche couverte dans des siteso il est impossible daugmenter le gabarit vertical de louvrage sans un surcot considrable,voir figure 1.4(b)).

gabarit routier

(a)

gabarit routier

(b)

(c)FIG. 1.4 Exemples dimplantation de ventilateurs pour un tunnel section rectangulaire ((a)

et (b) : coupe en travers ; (c) profil en long ; la solution (b) nest pas recommande.

Ventilation transversale dun tunnel votPour la ventilation transversale dun tunnel vot, il est gnralement ncessaire dimplan-

ter des gaines de ventilation pour le soufflage dair frais et pour lextraction dair vici ou defumes. Dans la plupart des cas, les gaines sont implantes lintrieur du tube principal. Si lasection du tube est en fer cheval, on fait en gnral passer les gaines en plafond (figure 1.5(a)et (b)). En cas dincendie, selon les caractristiques du tunnel, il peut tre ncessaire dinsufflerde lair frais en bas de la section (voir section 5.4). On amnage alors des carneaux damenedair frais depuis les gaines jusquau niveau de la chausse. Si la section du tube est circulaire,on fait en gnral passer lair frais sous la chausse et lair vici ou les fumes en plafond(figure 1.5(c)). Selon la largeur du tunnel, on peut tre amen insuffler de lair frais des deuxcts de la chausse.

On cherche, dans la mesure du possible, permettre une circulation pitonne dans les gainespour faciliter lexploitation de louvrage. Lencombrement des stations de ventilation peut tredu mme ordre que les stations dextraction massive en ventilation longitudinale. En fonctiondes contraintes dimplantation, on peut mettre en place ou bien de nombreuses petites stations(qui permettent des gaines de faible section) ou bien un nombre plus faible de grosses stations(qui ncessitent des gaines de section importante). Les stations de ventilation peuvent tresouterraines ou construites lair libre.


gabarit routier

AF AV

(a)

gabarit routier

AF AV AF

(b)

gabarit routier

AV

AF

(c) (d)FIG. 1.5 Exemples de configurations de gaines de ventilation en tunnel vot ; AV est mis

pour la gaine dair vici et AF pour la gaine dair frais.

Ventilation transversale dun tunnel section rectangulaire

Dans le cas dun tunnel section rectangulaire, on na plus lespace dgag par la forme devote de louvrage pour mettre en place les gaines de ventilation. Dans ce cas, il est souhaitablede conserver les bouches dextraction en plafond et le soufflage en bas de pidroit sil est n-cessaire en cas dincendie (voir section 2.3.5). Quelques solutions possibles sont schmatisessur la figure 1.6.

gabarit routier

AVAF

(a)

gabarit routier AVAF

(b)

gabarit routier AVAF

(c)

gabarit routier

AF AV

air libre

(d)FIG. 1.6 Exemples de configurations de gaines de ventilation en tranche couverte ; AV est

mis pour la gaine dair vici et AF pour la gaine dair frais ; (c) est viter car peuefficace ; (d) ncessite des ventilateurs insufflateurs et extracteurs rpartis sur toutela longueur de louvrage.


1.3.2 Incidence sur le projet de tunnelComme on la vu, le systme de ventilation peut prendre des formes assez diffrentes. Il

peut conditionner la section transversale du tunnel, poser des problmes dimplantation desstations (et de liaison de ces stations avec le tunnel ou avec lair libre). Enfin, il faut considrerlincidence du systme de ventilation sur lenvironnement des points de rejet (ttes comprises).

Une tude de ventilation peut intervenir soit pour un projet de tunnel neuf, soit pour unemise niveau de tunnel existant. Dans le cas de la rfection dun tunnel existant, les contraintesgomtriques sont fixes et il sagit donc doptimiser la ventilation pour cette gomtrie, moins de raliser de trs importants travaux de gnie civil (cration dune galerie parallle autunnel par exemple).

En revanche, pour les ouvrages neufs, il importe de se proccuper des questions de ven-tilation le plus en amont possible dans ltude, afin dexaminer lincidence du parti gnralsur les solutions de ventilation. Par exemple, pour un projet de tranche couverte, il peut treintressant denvisager la solution de tranches courtes alternes avec des zones ouvertes (re-couvertes ou non de damiers phoniques), simplifiant par l mme considrablement la questiondu dsenfumage en cas dincendie et de la dilution des polluants4. Par ailleurs, le fait de mettreen place une ventilation mcanique impose une alimentation lectrique de puissance scurise(voir linstruction technique [17] et le Dossier pilote des tunnels : alimentation lectrique [2]).

1.3.3 Articulation des tudes de ventilation avec les diffrentes tapes duprojet

Les tudes de ventilation interviennent ds les premires analyses pouvant conduire laralisation dun tunnel. Les tudes peuvent tre subdivises en trois principales tapes :

premires tudes, dont le but est dexaminer la faisabilit et de faire une estimation fi-nancire grossire pour permettre de dclencher ou non la phase davant projet ;

phase davant projet, dont lobjectif est daboutir au choix dune solution et lenqutedutilit publique correspondante ;

phase de projet proprement dit, qui intervient aprs la dclaration dutilit publique, etdont lobjectif est la dfinition prcise du futur ouvrage en vue de sa ralisation.

Le tableau 1.1 rappelle la correspondance entre les phases dtude et la terminologie pour lesroutes nationales non concdes et pour les autoroutes concdes.

rseau national autoroutesnon concd concdes

premires tudes tude de faisabilit APS 1er stadeprparation de APS 2me stade

lenqute publique EPOA EPOAphase de projet POA APOA

TAB. 1.1 Rsum des trois phases dtude pour des ouvrages sur le rseau national nonconcd et sur des autoroutes concdes.

4 Il faut nanmoins dans ce cas prendre garde viter la recirculation dair pollu ou de fumes dincendiedun tube lautre ou dun ouvrage lautre (cette recirculation est aussi appele recyclage).


Selon les cas, lincidence de la ventilation sur les autres parties des tudes est trs variable.Elle est par exemple faible quand un tunnel vot est ventil longitudinalement sans extractionmassive, car dans ce cas la ventilation ne consiste quen des quipements rapports, et fortequand il faut mettre en place des gaines et des stations de ventilation.Premires tudes

Les premires tudes doivent analyser la pertinence de louvrage. En effet, un tunnel est uninvestissement lourd, et nest ralis que sil est rellement ncessaire. A ce titre, les premirestudes commencent par analyser la nature de litinraire, le trafic plusieurs horizons tem-porels, les contraintes gologiques, gotechniques et denvironnement. Cela permet de com-mencer prciser la gomtrie de louvrage, et en particulier si ce sera un ouvrage bi-tube oumono-tube. A ce stade, la dcision est prise de ventiler ou non le futur ouvrage. Si cest le cas,on analyse la possibilit de raliser un systme longitudinal avec ou sans puits intermdiaire, ousil est ncessaire dinstaller un systme transversal (qui ncessite des gaines de ventilation).On fait aussi une estimation grossire des nuisances susceptibles dtre causes par les ttesde tunnel et le cas chant par les stations de ventilation. Plusieurs variantes restent presquetoujours analyses, ou bien sur plusieurs tracs, ou bien sur un mme trac avec des systmesde ventilation diffrents, ou bien les deux. Pour chacune de ces variantes, on procde uneestimation des cots tant linvestissement qu lexploitation. Lincidence de la ventilationsur ces cots est trs variable, mais peut tre trs forte en ventilation transversale.

Pour un tunnel, ces premires tudes comprennent des tudes de faisabilit propres lou-vrage, tape qui nest pas fixe trs prcisment dans les diffrents documents de rfrence,mais rendue ncessaire par la complexit dune tude de tunnel.Avant-projet : prparation de lenqute dutilit publique

Cette phase dtude a pour but de permettre au matre douvrage dvaluer le cot, dechoisir un parti parmi les variantes et de fournir les lments ncessaires lenqute dutilitpublique. Les tudes davant projet comportent donc des tudes de variantes et ltude de lasolution choisie par le matre douvrage.

Pour ltude des variantes, on analyse de manire plus fine chacune des variantes retenueslors de la phase prcdente. En particulier, on ralise pour chacune des variantes :

une tude de trafic dtaille, donnant le trafic aux heures de pointe plusieurs horizonstemporels,

une tude des conditions gologiques et gotechniques pour le creusement et des carac-tristiques gomtriques (profils en long, profils en travers, . . .),

un examen des contraintes imposes par la ventilation sur le gnie civil de louvrage, un examen de la scurit de louvrage, une tude des impacts environnementaux, une estimation financire plus prcise.

Cette tude des variantes doit permettre au matre douvrage de choisir une solution proposer lenqute publique. Pour cette solution, une analyse plus dtaille est faite. En particulier,cest ce stade que lon fixe le systme de ventilation et que lon ralise les plans de prin-cipe de la ventilation. Ce dossier sappelle tude prliminaire douvrage dart (EPOA) pourles tunnels du rseau national. Le dossier dtude dimpact entre aussi dans la prparation delenqute publique.

La conclusion de cette phase est la ralisation de lenqute dutilit publique, qui doitconduire la dclaration dutilit publique (DUP).


Phase de projetUne fois louvrage dclar dutilit publique commencent les tudes de projet proprement

dites. Les tudes de projet reprennent et prcisent les hypothses formules lors des phasesprcdentes. La dfinition prcise des quipements est faite, avec en particulier :

les caractristiques gnrales de la ventilation (en longitudinal : nombre et performancedes acclrateurs, alimentation lectrique ; en transversal : implantation prcise des sta-tions, gomtrie des gaines de ventilation et des bouches de soufflage et dextraction,nombre et performance des ventilateurs ; dans les deux cas : puissance appele),

les rservations exactes ncessaires dans le gnie civil (stations de ventilation, gaines,bouches, prises dair frais, rejet dair vici et chemines ventuelles),

ltude dtaille des impacts environnementaux (avec le cas chant la ralisation dunemaquette pour modliser la dispersion des polluants),

lestimation dtaille des cots linvestissement et en exploitation, les principes gnraux de la commande de la ventilation en rapport avec le choix du degr

de permanence et surveillance (choix du mode de commande, du type dautomatisme, dutype et du nombre de capteurs mettre en place).

Ces tudes constituent, dans le cas du rseau national non concd, des lments du projetdouvrage dart (POA) et, dans le cas du rseau national concd, des lments de lavantprojet douvrage dart (APOA).

Dans la plupart des cas, ces tudes sont suffisamment dtailles pour constituer le mmoiretechnique du dossier de consultation des entreprises (DCE) pour la ralisation des quipementsde ventilation. Si ce nest pas le cas, il peut tre ncessaire de raliser des tudes complmen-taires.

Le gnie civil dun tunnel est bien videmment ralis avant ses quipements. Lors de laralisation du gnie civil, il se peut quil faille modifier le projet, avec une incidence sur lesquipements.

1.3.4 Ordre de grandeur des cots

Les cots induits par la ventilation la construction sont essentiellement dus au gnie civilde ventilation. Pour ce qui est du cot des quipements de ventilation eux-mmes et du cotdexploitation, on peut donner les ordres de grandeur suivants :

lensemble des quipements et du gnie civil li ces quipements reprsente trs ap-proximativement entre 0 et un 30% du cot total de construction dun tunnel. Pour untunnel court, il sagit essentiellement dquipements dclairage ; pour un tunnel long,les quipements de ventilation ont un poids relatif plus important.

Le cot dexploitation annuel est denviron un dixime du cot des quipements, dontun tiers pour le personnel dexploitation, un tiers pour la maintenance et un tiers pourla consommation lectrique. En gnral, la part de la ventilation dans ce cot est faible,sauf pour certains tunnels trs longs.


1.4 Textes de rfrence

1.4.1 Scurit en tunnel

La loi 2002-3 du 3 janvier 2002 relative la scurit des infrastructures de transport pr-voit dans son article 2 des dispositions pour les ouvrages du rseau routier dont lexploitationprsente des risques particuliers pour la scurit des personnes, dans des conditions fixer pardes dcrets non encore parus. En particulier, un dcret en conseil dEtat doit fixer les catgoriesdouvrages auxquelles sappliquent ces dispositions. Les tunnels routiers seront certainementinclus dans cette liste. Cette loi sapplique aux infrastructures de transport quel quen soit lematre douvrage.

Pour les tunnels du rseau national concd et non concd, la circulaire 2000-63 du 25aot 2000 contient des dispositions supplmentaires. Son annexe 2 est une instruction tech-nique [17] qui dfinit les dispositions de scurit applicables aux tunnels neufs. Son annexe 1dfinit les procdures respecter dans les projets de tunnel. Quelques prescriptions importantesde linstruction technique [17] et les principes sous-jacents qui en ont dtermin la rdactionsont brivement exposs ci dessous.

En cas de blocage accidentel de la circulation qui noblige pas lvacuation immdiatedes usagers, linstruction technique [17] fixe les valeurs de polluants ne pas dpasser commesuit :

la concentration de monoxyde de carbone doit tre infrieure 150 ppm ; le coefficient dabsorption par unit de longueur doit tre infrieur 9.10 3 m 1.

De plus amples prcisions sont donnes au chapitre 3 sur ces valeurs.Des dispositions de dsenfumage en cas dincendie sont ncessaires pour les tunnels au

del dune longueur qui dpend du trafic et du risque dengorgement de la circulation danslouvrage. En effet, pour un tunnel urbain, mme si des mesures sont normalement prises pourlimiter le risque de blocage de la circulation, le nombre dusagers prsents en tunnel en casdincident peut tre lev, et il est alors important de garantir un dsenfumage mme pour deslongueurs relativement courtes. Enfin, des amnagements renforcs dvacuation et de protec-tion des usagers peuvent faciliter la mise hors danger des usagers et compenser un dsenfumageinexistant ou insuffisant (voir [17]).

Plus prcisment, linstruction technique [17] dfinit un tunnel urbain comme un tunnelsitu lintrieur dune unit urbaine de plus de 20 000 habitants selon la dfinition de lINSEEet remplissant au moins une des conditions suivantes :

trafic prvisible dun sens suprieur 1 000 vhicules par voie de circulation lheurede pointe quotidienne, dix ans aprs la mise en service ;

risque de remonte de queue en tunnel li la prsence dun carrefour non dnivelpeu aprs une sortie de louvrage, ou toute autre disposition caractre permanent(traverse de zone construite dense, etc. . . ) ;

existence en tunnel dchangeurs, damnagements destins aux pitons, aux transportsen commun ou lis la desserte (par exemple, entre de parking ou dimmeuble situedans le tunnel), etc. . .

Sont aussi considrs comme urbains les tunnels situs dans des units urbaines de moins de20 000 habitants dans lesquels il existe un risque de congestion frquente.

Un tunnel faible trafic est dfini comme un tunnel non urbain dont le trafic prvisible dechaque sens, dix ans aprs la mise en service, est infrieur la fois 2 000 vhicules par jour enmoyenne annuelle et 400 vhicules par heure lheure de pointe (dfinie comme la trentime


heure la plus charge de lanne). Pour lapplication de ce critre, un poids lourd compte pour5 vhicules.

1.4.2 Qualit de lair en tunnel en exploitation normaleLa rglementation des niveaux de pollution lintrieur des tunnels est base sur la cir-

culaire 99.329 du ministre de lemploi et de la solidarit du 8 juin 1999 qui a transmis auxprfets un avis du conseil suprieur dhygine publique de France (CSHPF) comportant des re-commandations pour les tunnels routiers. Par ailleurs, lopacit, qui nest pas un polluant rgle-ment, doit tre contrle. Les modalits dapplication de la circulaire et les niveaux dopacitadmissibles sont dtaills dans le chapitre 3.

1.4.3 Qualit de lair et bruit au voisinage des tunnelsLes questions de la dispersion de polluants et du bruit lextrieur des tunnels sont ana-

lyses par ailleurs, dans le Dossier pilote des tunnels : environnement [1]. Le guide pour laprise en compte de la qualit de lair au voisinage des tunnels routiers [7] donne la dmarche suivre pour les tudes de qualit de lair pendant les phase projets.

La question de la qualit de lair au voisinage des tunnels nest pas aborde dans le pr-sent document, mme si elle peut avoir une incidence sur le systme de ventilation ou sonexploitation.

Chapitre 2DSENFUMAGE EN CAS DINCENDIE

2.1 Les incendies en tunnel

2.1.1 Risques dincendie en tunnel

Les sources potentielles dincendie en tunnel sont les vhicules prsents en tunnel et lesmatriaux et installations de lespace de circulation lui-mme ou des locaux techniques.

Pour les installations du tunnel prsentes dans le tube lui-mme, en raison des dispositionsprises en matire de raction au feu des matriaux (cf. instruction technique [17]), les puis-sances calorifiques sont faibles et un ventuel incendie ne risque pas de se propager. Dans leseul cas de linflammation de la chausse cause par un incendie de vhicule, la contribution la puissance thermique peut atteindre un niveau important, mais uniquement quand lincendiede vhicule dgage lui-mme une trs forte puissance, et relativement tard dans le dveloppe-ment de lincendie.

Lincendie dinstallations situes en locaux techniques peut atteindre des puissances plusleves. Quand ces locaux techniques sont situs hors du tunnel lui-mme, il faut leur appliquerles rgles prvues pour les locaux industriels. Quand ces locaux techniques sont ct, endessous ou au dessus du tunnel, linstruction technique [17] 4.3.2.b prvoit que pour limiterles consquences dun incendie survenant dans le local, les parois du local doivent tre coupe-feu de niveau N1 ou N2. Ces locaux tant ferms, la dynamique de lincendie est trs diffrente.Un incendie se dveloppe en gnral suffisamment lentement pour ne pas mettre en danger lesusagers. On se contente donc pour limiter les effets des incendies en locaux techniques desmthodes classiques de dtection et de lutte contre lincendie.

Les incendies en tunnel qui sont dangereux pour les usagers sont donc les incendies devhicules prsents dans le tunnel. Lincendie peut se produire en tout endroit du tunnel avectout type de vhicule et de chargement du vhicule. Les caractristiques de lincendie serontfortement variables dun cas lautre. La puissance thermique dun incendie de vhicule varieentre moins de 2 MW (petit incendie de vhicule de tourisme) et 200 MW (incendie duneciterne dhydrocarbures).

La plupart de ces incendies sont causs par une inflammation spontane des vhicules pardfaillance technique (chauffement anormal, court-circuit, . . .). En revanche, la quasi totalitdes incendies ayant entran des dcs est conscutive un accident ( lexception notable dudramatique incendie de mars 1999 dans le tunnel du Mont-Blanc).

Lordre de grandeur des taux dincendie est donn dans la table 2.1. Les incendies sontdits importants quand il sagit dincendies de poids lourds qui nont pas pu tre teints parles usagers et dont la puissance a dpass 10 20 MW. Bien sr, ce ne sont que des ordres de

19


type de vhicule VL PL PL(incendies importants)

taux 2 7 1(pour 108 vh.km)

TAB. 2.1 ordre de grandeur des taux dincendie selon les types de vhicule

grandeur, le taux rel dpendant du type ditinraire. De plus, le nombre dincendies importantsest trop faible pour garantir la prcision du chiffre donn dans ce cas.

2.1.2 Les risques lors dun incendie en tunnel

Les incendies peuvent causer des dommages aux personnes, aux biens et louvrage.Lordre dapparition des dangers est en gnral le suivant :

le premier effet est larrive des fumes, qui sont trs opaques et gnent considrablementlvacuation des usagers,

dans un second temps, les usagers qui nont pas pu vacuer le tunnel cause du manquede visibilit sont incommods voire asphyxis par les fumes dgages par lincendie,dont le niveau de toxicit augmente progressivement,

enfin, la chaleur dgage par lincendie provoque de fortes lvations de temprature,pouvant mettre en danger directement des personnes (par convection ou par rayonne-ment), mais aussi dtruire ou endommager des vhicules ou des composants du tunnelparfois indispensables la scurit des usagers (clairage, ventilation, systmes de com-munications, faux plafonds, . . .) ou provoquer la chute dobjets lourds fixs en plafond(signalisation, ventilateurs, . . .). Cest pourquoi linstruction technique [17, chapitre 4]prvoit des dispositions de rsistance au feu des structures et des quipements de tunnels.Ce risque concerne essentiellement les services de lutte contre lincendie qui peuvent p-ntrer dans le tunnel munis dappareils respiratoires.

Les ordres de grandeur des conditions ambiantes critiques pour les usagers sont une visibilit demoins de 10 m(1), une temprature entre 50 et 80 C selon lhumidit de lair, et un rayonnementde lordre de 2 kW/m2. La toxicit reste en gnral acceptable tant que les conditions minimumde visibilit dcrites ci-dessus sont assures. Cest donc bien la perte de visibilit qui est ledanger fondamental, car sans visibilit, il devient impossible dvacuer lespace enfum, cequi conduit devoir respirer un air charg en substances toxiques pendant un temps trop longpour permettre la survie.

Pour les services de lutte contre le feu munis dquipements adapts (en particulier des ap-pareils respiratoires), la temprature critique est de lordre de 100 C et le rayonnement critiquede 5 kW/m2.

Il convient dvoquer brivement le risque dexplosion en tunnel. Un tunnel est un espaceconfin dans lequel toute explosion a des consquences dramatiques (formation dune ondede choc puissante qui est mortelle sur toute la longueur du tunnel et dangereuse lextrieur proximit immdiate des ttes). Priver compltement dair un incendie en tunnel est doncdangereux, car cela peut conduire la formation de poches de gaz explosives.

1 Le lien entre la distance de visibilit et les mesures dabsorption optique est donn dans le chapitre 3.

Chapitre 2 - Dsenfumage en cas dincendie 21

2.1.3 Incendies de dimensionnement

Pour prendre en compte le risque dincendie dans le dimensionnement des installations deventilation, linstruction technique [17] dfinit des incendies de dimensionnement dont les ca-ractristiques sont prcises dans le tableau 2.2. Ces incendies ont t choisis car ils recouvrentlimmense majorit des cas dincendie. Ce ne sont pas cependant les incendies les pires quipuissent arriver. En particulier, lincendie de poids lourd pour les tunnels de gabarit suprieur 3,50 m interdits aux marchandises dangereuses est fix 30 MW. On sait que, dans descirconstances exceptionnelles, on peut atteindre des puissances de lordre de 100 MW, voireplus, avec des poids lourds chargs de matires combustibles non classes marchandises dan-gereuses. Cela tant, le risque de dveloppement dun incendie de puissance leve est extr-mement faible (en France, le seul incendie de poids lourd ne transportant pas de marchandisesdangereuses ayant dpass 30 MW est celui du 24 mars 1999 dans le tunnel du Mont-Blanc).Le surcot pour concevoir une installation de ventilation (surtout en transversal) adapte unincendie suprieur 30 MW est trs important. En outre, les connaissances actuelles ne per-mettent pas daffirmer quune installation transversale dimensionne plus largement permettraitde faire face efficacement un incendie dpassant fortement 30 MW. Comme des incendies su-prieurs 30 MW sont trs rares, il est plus efficace de porter leffort sur dautres installationsde scurit visant mieux alerter et vacuer les usagers2.

En revanche, la rsistance au feu des lments vitaux dun tunnel prend en compte desincendies plus importants que les incendies de dimensionnement de la ventilation.

type de tunnel dfinition de lincendie puissance dbit de fumesde dimensionnement totale (*)

gabarit < 2 m 2 ou 3 vhicules lgers 8 MW -2 m < gabarit < 3,5 m un fourgon 15 MW 50 m3/sgabarit > 3,5 m

sans TMD gros incendie de poids lourd 30 MW 80 m3/s avec TMD poids lourd charg dhydrocarbures (**) 200 MW > 300 m3/s

TAB. 2.2 Incendies de dimensionnement retenus par linstruction technique [17] ; TMD :transport de marchandises dangereuses ; (*) ce dbit reprsente la somme des d-bits des produits de combustion et des gaz entrans dans le panache de lincendie,pour une gomtrie correspondant au gabarit considr et en supposant les fu-mes stratifies ; il est mesur la temprature des fumes ; (**) cet incendie dedimensionnement nest pas utilis en pratique en ventilation transversale pour lesraisons exposes dans le texte.

2 De plus, ltude spcifique des dangers institue par la circulaire 2000-63 a pour but dvaluer les cons-quences dun incendie suprieur lincendie de dimensionnement, en tenant compte des dispositions de scuritprises par ailleurs ; la ventilation doit permettre dans ce cas dassurer un dsenfumage au dmarrage de lincen-die, pendant une dure permettant aux usagers dvacuer le tunnel (cf. le guide sur les tudes spcifiques desdangers [10]).


2.1.4 Place du dsenfumage dans lensemble des quipements de scurit

Le systme de dsenfumage fait partie dun ensemble dlments visant minimiser lesconsquences dun incendie. Les objectifs fondamentaux de ces dispositifs spcifiques en casdincident ou daccident sont :

dtecter les situations anormales et assurer la communication avec les usagers (moyensde surveillance et de dtection, signalisation, postes tlphoniques dappel durgence,etc.) ;

permettre la protection et lvacuation des usagers et laccs des secours (issues de se-cours, abris, garages, clairage de scurit, ventilation, etc.) ;

se prmunir et lutter contre lincendie (raction et rsistance au feu, moyens dextinction,moyens de communication des services de secours, dsenfumage, etc.).

Ainsi, si un bon systme de dsenfumage est indispensable, il doit tre conu dans le cadredun ensemble de dispositions, y compris lexploitation.

2.2 Notions sur le comportement des fumes

Un incendie produit des fumes chaudes qui tendent se plaquer en sous-face de la voteou du plafond du tunnel. Selon le courant dair longitudinal, mais aussi selon la pente du tunnel,le comportement des fumes est diffrent.

2.2.1 En labsence de courant dair longitudinal

En labsence de courant dair longitudinal, les fumes se maintiennent en partie haute dutunnel sur dassez longues distances (voir par exemple figure 2.1). Si le tunnel nest pas enpente, les fumes se propagent de faon symtrique dans les deux directions une vitesse delordre de 1 2 m/s pour un incendie de vhicule lger, et vraisemblablement plus de 4 m/spour une citerne dessence (figure 2.2(a)). Au fur et mesure de sa progression, la couche defumes se refroidit et sa vitesse diminue. Une couche dair frais se maintient sous la couche defume sur plusieurs centaines de mtres ; elle est entrane en direction de lincendie.

En continuant de sloigner, les fumes se rapprochent du sol et sont susceptibles dtrerenvoyes vers le feu par le courant dair contraire. Elles occupent alors tout lespace du tunnel(figure 2.2(b)).

FIG. 2.1 Exemple de nappe de fume stratifie.


(a) (b)FIG. 2.2 Comportement des fumes en labsence de pente et de courant dair ; (a) dvelop-

pement initial ; (b) comportement aprs un certain temps (dans ce schma, commedans tous les schmas montrant le mouvement des fumes, les chelles verticalessont trs dilates par rapport aux chelles horizontales).

2.2.2 Influence dun courant dair longitudinal

En prsence dun courant dair longitudinal suffisant, toujours en labsence de pente, len-semble des fumes est pouss dun seul ct par le courant dair. On appelle vitesse critique(note ici VC) la vitesse de lair (en moyenne sur une section au vent du foyer3) partir delaquelle toutes les fumes sont repousses dun seul ct. Les figures 2.3(a) et (b) montrent lasituation quand la vitesse de lair est infrieure VC. On y voit en particulier le phnomne denappe de retour (backlayering en anglais), qui consiste en une couche stable de fumes au ventdu foyer. La figure 2.3(c) montre la situation quand la vitesse de lair est nettement suprieure VC. La vitesse critique VC est de lordre de 1 2 m/s pour un incendie de vhicule lger, de2 3 m/s pour un incendie de poids lourd, et ne dpasse pas 4 m/s pour un incendie de citernedessence.

On dfinit la vitesse de dstratification Vd , telle que si la vitesse du courant dair (enmoyenne sur une section au vent du foyer et hors dune ventuelle nappe de retour) est in-frieure Vd alors lcoulement reste stratifi, et si elle est suprieure Vd il devient dstratifi(cas b et c de la figure 2.3). La dfinition prcise de Vd , dans ltat actuel des connaissances,est dlicate, car la fume peut tre stratife proximit du foyer et se destratifier plus loin (voirfigure 2.3(b)), et cette stratification dpend de la prsence dobstacles dans le tunnel. Pour desincendies de plus de quelques MW, et de faon scuritive, on peut retenir Vd

VC.

(a) (b) (c)FIG. 2.3 Comportement des fumes en labsence de pente et en prsence de courant dair ;

(a) V Vd ; (b) Vd V VC ; (c) V VC.

Le tableau 2.3 donne des ordres de grandeur des tempratures atteintes en vote pour unevitesse de courant dair de lordre de VC.

3 En prsence dun courant dair, on dira quun point P est sous le vent dun point S si le ventva de S vers P, et quun point Q est au vent du point S si le vent va de Q vers S. Il est pr-frable dutiliser ces expressions plutt que les mots amont et aval qui peuvent prter confusion.

Q Pcourant dair

au vent de S sous le vent de S

S


distance au foyer 10 m 100 m 200 m 400 mvhicule lger 250 C 80 C 40 C 30 Cpoids lourd 700 C 250 C 120 C 60 Cciterne dessence >1000 C 400 C 200 C 100 C

TAB. 2.3 Ordre de grandeur des tempratures des fumes en vote sous le vent du foyer pourune vitesse du courant dair de lordre de la vitesse critique.

2.2.3 Effet de la pente

Lventuelle dclivit longitudinale du tunnel a pour consquence de modifier le mouve-ment des fumes, cause de la pousse dArchimde exerce sur les fumes chaudes (effetchemine). De mme que dans le cas o la dclivit est nulle, selon la valeur du courant dair,les fumes restent stratifies ou non, comme illustr sur la figure 2.4. En toute rigueur la vitessede dstratification Vd et la vitesse critique VC dpendent de la pente. Compte tenu des ordres degrandeur des pentes (infrieures 10 %), on ne tient pas toujours compte de cette dpendance.

(a) (b)

(c) (d)FIG. 2.4 Comportement des fumes dans un tunnel en pente ; (a) courant dair ascendant

fort ; (b) courant dair ascendant modr ; (c) courant dair descendant modr ;(d) courant dair descendant fort.

2.3 Les stratgies de dsenfumage

2.3.1 Principes gnraux

Deux dmarches sont a priori envisageables : ou bien chercher avoir un courant dair longitudinal suffisamment fort pour pousser

toutes les fumes vers lun des cts du tunnel, condition que ce ct ait pu tre vacu, ou bien chercher limiter le courant dair longitudinal pour conserver la stratification

des fumes et les aspirer en plafond.La premire dmarche correspond une stratgie de ventilation longitudinale, la seconde unestratgie de ventilation transversale.


Dans certains cas, il peut tre utile de distinguer la phase dvacuation, pendant laquelle ilpeut y avoir des usagers de deux cts de lincendie, et donc pendant laquelle il faut conserverla stratification des fumes, de la phase de lutte contre lincendie, pendant laquelle il peut treavantageux de repousser les fumes dun ct de lincendie seulement pour permettre un accsdgag de fumes de lautre ct de lincendie.

2.3.2 Cas o labsence de dispositif de dsenfumage est autorise

En labsence de dispositif de dsenfumage, les fumes schappent par les ttes du tunnelou par des ouvertures en plafond sous laction de la pousse dArchimde et du courant dairexistant naturellement dans louvrage.

Dans linstruction technique [17], des ouvertures en plafond doivent tre comprises commeun dispositif pour assurer le dsenfumage. Labsence de dispositif de dsenfumage nest au-toris que dans certains cas spcifiques, comme prcis dans le tableau 2.4. Dans les cas o ilnexiste pas de solution de dsenfumage bien adapte, il est possible de droger ces limites,sous rserve de mesures compensatoires portant notamment sur les amnagements dvacua-tion et de protection des usagers. Ceci sapplique plus particulirement aux tunnels traficfaible.

type de tunnel absence de dispositifspcifique autorise

urbainde longueur infrieure 300 m ouide longueur suprieure 300 m non

non urbain un ou deux tubes trafic non faiblede longueur infrieure 500 m ouide longueur comprise entre 500 et 800 m selon les cas (a)de longueur suprieure 800 m non

non urbain un tube bidirectionnel trafic faiblede longueur infrieure 1000 m ouide longueur suprieure 1000 m non (b)

TAB. 2.4 Cas pour lesquels labsence de dispositif de dsenfumage est autorise pour lestunnels de gabarit suprieur 3,5 m ; (a) : labsence de dispositif de dsenfumageest autorise si elle est accompagne dune augmentation du nombre des issues desecours ; (b) : sauf dans les cas o il nexiste pas de solution de dsenfumage bienadapte, sous rserve de mesures compensatoires portant notamment sur les issuesde secours.

2.3.3 Stratgie en ventilation longitudinale

En ventilation longitudinale, lobjectif est de repousser toutes les fumes dun mme ctdu foyer une vitesse suffisante pour viter tout backlayering. Comme on la vu, les fumessont donc dstratifies sous le vent du foyer. La fonction de dsenfumage ne peut dans ce castre valablement assure dans un tunnel o cohabitent les deux sens de circulation (dans ce cas,des vhicules peuvent tre bloqus de part et dautre du foyer, et le nuage de fumes dstrati-fies atteindra ncessairement les uns ou les autres). En revanche, dans un tube unidirectionnel


non congestionn, une action trs efficace est obtenue en poussant lair. Les usagers bloqus auvent du foyer sont protgs par le courant dair, alors que les vhicules situs sous le vent dufoyer peuvent poursuivre leur route librement vers la sortie du tunnel. Les services de secourspeuvent accder lincendie par le ct libre de fumes (ainsi que par les issues de secours). Ceraisonnement est mis en dfaut si la circulation est bloque ou fortement congestionne4, ce quiest frquent dans les tunnels urbains ; il faut alors limiter les longueurs dsenfumes en strat-gie longitudinale des valeurs bien infrieures la longueur maximale possible en ventilationlongitudinale pour la seule dilution des polluants. On peut dans ce cas installer des extractionsmassives distantes de moins de 500 ou 800 m selon la stratgie de mise en oeuvre du dsenfu-mage (voir section 2.3.4). Le tableau 2.5 rsume les cas o linstruction technique [17] autorisela ventilation longitudinale pour les tunnels de gabarit suprieur 3,50 m. Pour les tunnelsde gabarit infrieur 3,50 m, il convient de mettre en place systmatiquement des extractionsmassives.

ventilation longitudinaletype de tunnel autorise

sans extraction avec extractionmassive massive

urbain unidirectionnelde longueur infrieure 500 m oui de longueur comprise entre 500 et 800 m oui (a) ouide longueur suprieure 800 m non oui

urbain bidirectionnel non non non urbain unidirectionnel trafic non faible

de longueur infrieure 5000 m oui de longueur suprieure 5000 m non oui

non urbain bidirectionnel trafic non faiblede longueur infrieure 1000 m oui (b) de longueur suprieure 1000 m non non

non urbain bidirectionnel trafic faiblede longueur infrieure 1500 m oui de longueur suprieure 1500 m non (c) non

TAB. 2.5 Cas pour lesquels la ventilation longitudinale est autorise pour les tunnels degabarit suprieur 3,5 m ; (a) : oui sil est possible de contrler le courant dairlongitudinal ; (b) : sous rserve daugmenter le nombre des issues de secours ; (c) :sauf si toutes les autres solutions sont pires et que des amnagements compensa-toires sont raliss.

Dans le cas dun tunnel bidirectionnel ou unidirectionnel urbain de plus de 500 m sans extractions massives ou unidirectionnel urbain avec des extractions massives distantes de plus de 500 m,

on vise maintenir la stratification des fumes en limitant le courant dair des valeurs in-frieures 1 2 m/s tant que des usagers sont susceptibles dtre prsents dans la zone verslaquelle seront pousses les fumes. De plus, sil sagit dun tunnel unidirectionnel, on sef-force davoir ce courant dair dans le sens de la circulation. Ce nest que quand les usagers

4 Voir note 15 page 93.


situs sous le vent de lincendie ont vacu que lon peut mettre en route le dsenfumage aurgime nominal. La limitation du courant dair en ventilation longitudinale est difficile mettreen oeuvre et ncessite un niveau dquipement et dexploitation suffisant. Dans un tunnel depente nulle et en labsence de contre-pressions atmosphriques fortes, cette limitation peut sefaire en arrtant tous les acclrateurs. En revanche, dans un tunnel en pente ou avec de fortescontre-pressions, il peut tre ncessaire de mettre en marche certains acclrateurs, ce qui nepeut se voir que par une analyse du comportement des fumes en fonction de la position delincendie dans le tunnel. Dans tous les cas, cette limitation doit pouvoir se faire au moyen descnarios prprogramms.

Le tableau 2.6 rsume les incendies de dimensionnement considrer et les vitesses mini-males de courant dair assurer selon le type de tunnel daprs les prescriptions de linstructiontechnique [17]. On notera que par mesure de scurit, les valeurs de vitesse de courant dairprescrites sont lgrement suprieures aux vitesses critiques.

type de tunnel puissance de lincendie vitesse dude dimensionnement courant dair

gabarit < 2 m 8 MW 2 m/s2 m < gabarit < 3,5 m 15 MW 2,5 m/sgabarit > 3,5 m

sans TMD 30 MW 3 m/s avec TMD 200 MW 4 m/s

TAB. 2.6 Prescriptions pour la ventilation longitudinale.

Cas des tunnels autoriss aux transports de marchandises dangereusesPour les tunnels autoriss aux transports de marchandises dangereuses, lchauffement pro-

gressif des parois peut rendre impossible le maintien dun courant dair de 4 m/s pendant 2heures. Dans ce cas, on sefforce de garantir un courant dair de 4 m/s le plus longtemps pos-sible, et en tout tat de cause pendant au moins les 15 premires minutes de lincendie, etsuprieur 3 m/s pendant au moins les 45 minutes suivantes.

2.3.4 Ventilation longitudinale avec extractions massivesDans le cas de la ventilation longitudinale, au del dune certaine longueur de tunnel, il est

ncessaire dinstaller des stations dextraction massive5. Dans les tunnels urbains, ces stationsdoivent tre rparties tous les 500 m (5000 m pour les tunnels non urbains). Pour un tunnelurbain, si le contrle du courant dair est assur, linterdistance entre les extractions massivespeut tre porte 800 m.

Les extractions massives doivent tre dimensionnes afin de pouvoir aspirer la totalit dudbit dair provenant de la direction de lincendie ainsi que lair provenant de lautre direction la vitesse minimale de 1 m/s et le dbit Qd d la dilatation caus par la puissance thermiquede lincendie (voir section 5.3.5). Il peut tre ncessaire dextraire un dbit suprieur au dbittotal ainsi dtermin si le courant dair nest pas contrl avec une prcision suffisante6. Le

5 Les extractions massives doivent tre mcanises, car de simples transparences arauliques nont pas dessuperficies suffisantes pour assurer lextraction de toutes les fumes.

6 Par exemple, pour un tunnel de 60 m2 de section autoris aux poids lourds mais interdit aux transports demarchandises dangereuses, on peut estimer Qd 60 m3/s (voir section 5.3.5). Le dbit dextraction de chaquestation dextraction massive doit tre au moins de 60 3 60 1 60

300 m 3/s. On peut noter que cette valeurest nettement suprieure aux dbits ncessaires en ventilation transversale (voir section 2.3.5.e).


principe dun systme extraction massive est indiqu fig. 2.57.

500m

sens du trafic

fonctionnementstation en

1m/s mini3m/s mini

stations larrt

FIG. 2.5 Principe dune ventilation longitudinale avec extraction massive.

2.3.5 Stratgie en ventilation transversale

PrincipesEn ventilation transversale, la stratgie est de prserver la stratification des fumes et de les

aspirer au plafond du tunnel en conservant une couche dair frais sous la couche de fume. Laventilation transversale peut donc tre employe dans des cas o la ventilation longitudinaleserait dangereuse, en particulier :

les tunnels bidirectionnels, o il y a a priori des vhicules bloqus de chaque ct delincendie,

et les tunnels unidirectionnels avec forte congestion frquente du trafic, pour lesquels lesvhicules situs en aval de lincendie (dans le sens de la circulation) risquent de ne paspouvoir schapper du fait de cette congestion.

Elle ne sapplique cependant pas aux tunnels de gabarit infrieur 2,70 m.Comme on la vu la section 2.2.2, pour assurer la stratification des fumes, la vitesse

du courant dair doit tre infrieure une valeur limite de dstratification Vd . Cette vitesse estde lordre de 1,5 2 m/s pour un incendie de poids lourd. Or en ventilation transversale lavitesse de lair nest pas constante le long du tunnel, car on souffle et on extrait de lair et dela fume en divers endroits dans le tunnel. Pour garantir une vitesse faible de lair proximitde lincendie, il est donc ncessaire de localiser lincendie avec prcision, puis dagir sur lesystme de ventilation pour rduire la vitesse de lair au droit de lincendie.Aspiration des fumes

Pour un dbit dextraction donn, lextraction est dautant plus efficace quelle sera concen-tre au droit de lincendie, car cela assure de naspirer qu lendroit o des fumes sont ef-fectivement prsentes et dviter leur propagation. Pour des raisons pratiques, on prfre ne

7 Une variante de ce systme est le systme longitudinal avec injecteurs Saccardo et extractions massivescoupls, qui peut tre utile dans certaines circonstances.


pas concentrer lextraction sur une seule trappe, et on retient une extraction concentre sur unelongueur de 400 m (tunnels urbains de gabarit suprieur 3,50 m), 600 m (tunnels non urbainsde gabarit suprieur 3,50 m) ou 200 m (tunnel de gabarit compris entre 2,70 m et 3,5 m).

Pour assurer lextraction, la disposition recommande est de mettre en place des trappesdextraction ouverture tlcommande. Dans certains cas, on peut avoir recours des bouchesouvertes en permanence, mais tributaires de cantons de courte longueur (pour un tunnel degabarit suprieur 3,50 m, 400 m en urbain et 600 m en non urbain ; pour un tunnel de gabaritcompris entre 2,70 m et 3,5 m, 200 m) commands indpendamment ; on parle encore dansce cas dextraction concentre. En gnral, les trappes dextraction tlcommandes ont unesection de lordre de 1 quelques mtres carrs (cf. fig. 2.6a) et sont espaces de 50 m (tunnelsurbains) ou 100 m (tunnels non urbains).

Pour pouvoir faire fonctionner une extraction concentre, il est ncessaire de disposer enpermanence de moyens humains permettant une commande rapide et prcise du systme retenu.Si ce nest pas le cas, il faut en gnral renoncer concentrer lextraction au droit de lincendie.Toutes les bouches dextraction doivent alors tre ouvertes en permanence.

Les bouches ouvertes en permanence peuvent ou bien avoir les mmes tailles et rpartitionque les trappes tlcommandes, ou bien tre nettement plus petites (de lordre de 0,2 m2) maisbeaucoup plus nombreuses. Dans le cas des tranches couvertes, on peut remplacer les trappestlcommandes par des ouvertures en plafond quipes individuellement de ventilateurs.

Dans tous les cas, il faut limiter la vitesse moyenne de lair aspir par les bouches ou lestrappes moins de 15 m/s pour viter une perte defficacit de lextraction de fumes (par lepoinonnement de la couche de fumes chaudes).

(a) (b)FIG. 2.6 (a) Photo dune trappe de dsenfumage tlcommande ; (b) photo dune bouche

dinsufflation dair frais.

Soufflage de lair fraisEn ventilation transversale, on vise maintenir une couche dair frais dans tout le tunnel au

niveau du sol. Lair frais dans la couche basse peut ou bien arriver des zones du tunnel libres defumes (on parle dapport longitudinal dair frais) ou bien tre insuffl par des bouches situesen partie basse du tunnel (on parle dapport transversal dair frais). Si les cantons de soufflagedair frais ont une longueur suprieure 800 m, il faut mnager la possibilit dinsuffler de lairfrais en partie basse de tunnel en toutes circonstances.

Linsufflation dair frais dans le tunnel pendant lincendie est un problme dlicat. Dunct, il faut apporter de lair frais aux usagers et aux services de secours prsents dans le


tunnel, mais dun autre ct, un soufflage dair frais trop important a un effet dstabilisant surla couche de fumes. Par ailleurs, le soufflage dair frais dans les zones qui ne sont pas envahiespar les fumes peut tre utilis pour la matrise du courant dair longitudinal.

On considre en gnral quun dbit de 5 10 m3/s/km est appropri. Cet air frais doit treinsuffl par des bouches rparties (interdistance de 3 12 m environ) au niveau des trottoirs(cf. fig. 2.6b) avec une vitesse de jet maximale de lordre de 2 3 m/s. Sil nest pas possibledapporter lair frais au niveau des trottoirs, il ne faut pas insuffler dair frais dans la zoneenvahie par les fumes.

Prescriptions pour le contrle du courant dair

On dfinit VA la vitesse du courant dair dans la zone de lincendie, positive dans le sens dutrafic pour les tunnels unidirectionnels et de signe arbitraire pour les tunnels bidirectionnels.Pour le calcul de VA, il faut prendre en compte leffet des contre-pressions atmosphriques et dela pousse dArchimde. Les prescriptions de contrle du courant dair portent sur les valeurslimites admises pour VA. Le tableau 2.7 reprend les prescriptions en matire de contrle ducourant dair pour les tunnels de gabarit suprieur 3,50 m. Pour les tunnels bidirectionnelsde gabarit compris entre 2,70 m et 3,50 m et ventils transversalement, le contrle du courantdair est obligatoire dans tous les cas.

type de tunnel contrle du VAcourant dair

urbain unidirectionnelde longueur infrieure 1500 m non obligatoire de longueur comprise entre 1500 m et 3000 m souhaitable 0 VA

2 m/s (a)de longueur suprieure 3000 m obligatoire 0 VA

2 m/s (a) urbain bidirectionnel

de longueur infrieure 1500 m non obligatoire de longueur comprise entre 1500 m et 3000 m souhaitable -1,5 m/s VA

1,5 m/sde longueur suprieure 3000 m obligatoire -1,5 m/s VA

1,5 m/s non urbain unidirectionnel

de longueur infrieure 3000 m non obligatoire de longueur suprieure 3000 m obligatoire 0 VA

non urbain bidirectionnelde longueur infrieure 3000 m non obligatoire de longueur suprieure 3000 m obligatoire -1,5 m/s VA

1,5 m/s

TAB. 2.7 Critres de contrle du courant dair en ventilation transversale pour les tunnelsde gabarit suprieur 3,5 m ; (a) 1,5 m/s si possible.

Contrle du courant dair et dbit dextraction

En stratgie de dsenfumage transversale, on recherche le maintien de la stratification. Ona vu que pour un courant dair suprieur (en valeur absolue) Vd , cela nest plus possible. Ilfaut donc sassurer que la vitesse de lair au droit du foyer est infrieure cette valeur limite.Les effets qui influencent le courant dair sont multiples : la diffrence de pression entre lesttes, leffet chemine, le pistonnement par les vhicules et les installations de ventilation pro-prement dites. La diffrence de pression entre les ttes dpend de la situation mtorologique,leffet chemine de la position de lincendie et de la pente du tunnel, et le pistonnement de


la circulation. Les diffrentes mthodes de contrle du courant dair sont prsentes dans lasection 5.4.3.

Cas de lextraction concentre. Quand le courant dair est contrl, le dbit daspiration desfumes doit tre gal au dbit des fumes (80 m3/s pour un tunnel de gabarit suprieur 3,50 m)major dun tiers, soit 110 m3/s. Pour les tunnels de gabarit compris entre 2,70 et 3,50 m, onretiendra 50 m3/s major dun tiers, soit 70 m3/s. Si les trappes ne sont pas situes en plafondmais latralement, une majoration supplmentaire doit tre effectue (voir section 5.4.2).

Lorsque linstallation de ventilation ne satisfait pas les critres de contrle du courant dair,on surdimensionne les dbits dextraction titre de compensation. Le dbit dextraction doittre au minimum gal au dbit de dimensionnement (80 m3/s pour un tunnel de gabarit su-prieur 3,50 m rappelons que le contrle du courant dair est obligatoire pour les tunnelsventils transversalement de gabarit compris entre 2,70 m et 3,50 m) augment dun dbit cor-respondant une vitesse longitudinale de 1,5 m/s. Par exemple, pour un tunnel de 50 m2 desection, le dbit extraire sera de 80+1,5 50=155 m3/s.

Cas de lextraction non concentre. Lorsque louverture des bouches nest pas tlcom-mande et ne permet donc pas une extraction concentre, il faut disposer de dbits dextractionsuprieurs. Linstruction technique [17] impose de disposer sur toute longueur de 400 m entunnel urbain ou de 600 m en tunnel non urbain du dbit qui serait ncessaire pour une installa-tion extraction concentre (soit 110 m3/s si le courant dair longitudinal est contrl, et dansle cas contraire le dbit de dimensionnement (80 m3/s) augment dun dbit correspondant une vitesse longitudinale de 1,5 m/s).

Lextraction non concentre est interdite pour les tunnels ventils transversalement de ga-barit compris entre 2,70 m et 3,50 m.

On ne doit avoir recours lextraction non concentre que lorsque le tunnel ne dispose pasde moyens dexploitation suffisants.

2.4 Rsum des dispositions de ventilation

Les prescriptions des sections prcdentes sont rsumes dans le tableau de synthse 2.8.Les mesures compensatoires envisager le cas chant ne sont en gnral pas du ressort de laventilation. Le systme de ventilation doit tre choisi en tenant compte de ces prescriptions,voir chapitre 4.


Tunnels urbains unidirectionnelslongueur absence de ventil. ventil. longitudinale ventil. transversale

300 m L 500 m interdit possible possible500 m L 1500 m interdit possible (1) possible

1500 m L 3000 m interdit possible (1) possible (2)3000 m L interdit possible (1) possible (2 )

Tunnels urbains bidirectionnelslongueur absence de ventil. ventil. longitudinale ventil. transversale

300 m L 1500 m interdit interdit possible1500 m L 3000 m interdit interdit possible (2)

3000 m L interdit interdit possible (2 )Tunnels non urbains unidirectionnels trafic non faible

longueur absence de ventil. ventil. longitudinale ventil. transversale300 m L 500 m possible possible possible500 m L 800 m interdit (3) recommand possible

800 m L 3000 m interdit recommand possible3000 m L 5000 m interdit recommand possible (2 )

5000 m L interdit recommand (1) possible (2 )Tunnels non urbains bidirectionnels trafic non faible

longueur absence de ventil. ventil. longitudinale ventil. transversale300 m L 500 m possible possible possible500 m L 800 m interdit (3) possible (1 ) possible

800 m L 1000 m interdit possible (1 ) possible1000 m L 3000 m interdit interdit possible

3000 m L interdit interdit possible (2 )Tunnels non urbains bidirectionnels trafic faible

longueur absence de ventil. ventil. longitudinale ventil. transversale300 m L 1000 m possible possible possible

1000 m L 1500 m interdit possible possible1500 m L 3000 m interdit interdit (4) possible

3000 m L interdit interdit (4) possible (2 )

TAB. 2.8 Tableau de synthse des dispositions de linstruction technique annexe la cir-culaire 2000-63 pour les tunnels de longueur suprieure 300 m ; (1) extractionmassive ; (1 ) mesures compensatoires (cf. texte) ; (2) contrle du courant dairsouhaitable ; (2 ) contrle du courant dair obligatoire ; (3) sauf mesures compen-satoires ; (4) sauf sil nest pas possible de faire mieux (cest dire si le systmetransversal nest pas efficace).

Chapitre 3BESOINS EN VENTILATION SANITAIRE

3.1 Seuils admissibles de polluants en tunnel

3.1.1 Introduction

Les gaz dchappement mis par les vhicules peuvent avoir plusieurs types deffets pourles personnes prsentes en tunnel :

des effets sur la sant court et long terme dus la toxicit des polluants, des effets sur la scurit lis la visibilit et la distance darrt en fonction de la vitesse

autorise, des effets sur le stress des usagers, lis la transparence de lair et aux odeurs.Les taux limites de pollution fixs pour la dtermination des dbits dair frais et le fonction-

nement de la ventilation ne se rfrent explicitement qu la toxicit et la visibilit. Toutefois,ils incluent des marges par rapport ce qui serait strictement ncessaire pour respecter ces deuxcritres afin de tenir compte des effets de synergie avec dautres polluants non spcifiquementdsigns ainsi que de la notion de confort (stress). Les taux de pollution jugs admissiblesont progressivement diminu au fil des annes pour faire bnficier les usagers des rductionsdmission de polluants des nouveaux vhicules et pour aller vers un meilleur niveau de service.

3.1.2 Les diffrents polluants

Le premier gaz utilis comme traceur de la toxicit des missions des vhicules a t lemonoxyde de carbone (CO). Cest un polluant facile contrler et dont les effets sur la santsont assez bien connus en particulier pour des dures limites dexposition. Du fait de la baissetrs importante des missions de CO depuis la gnralisation des pots catalytiques, ce polluantnest gnralement plus dimensionnant. Les oxydes dazote (NOx) et parmi eux le plus toxiquele dioxyde dazote (NO2) apparaissent comme le critre principal de dimensionnement de laventilation. Les missions de NOx (traduites en NO2) dcroissent galement du fait des rgle-mentations qui rgissent la rception des moteurs neufs, mais moins vite que le CO et surtoutelles sont plus leves pour les moteurs diesel, qui constituent une part importante du parc devhicules lgers franais. Pour les fumes, la dcroissance est plus rcente, mais suit la mmetendance.

Dautres polluants rglements au niveau des missions ainsi que dans lenvironnement,comme les composs organiques volatiles (COV) ou les hydrocarbures (HC) dont le benzne,galement les particules fines en suspension (PS ou PM) ne sont pas des critres utilisables

33


pour la rgulation de la ventilation des tunnels. Ils sont contrls indirectement, en considrantle monoxyde de carbone, lopacit et les oxydes dazote comme traceurs vis vis de ces autrespolluants.

Dans les tunnels, les concentrations admissibles en gaz toxiques sont habituellement mesu-res en volume et exprimes en ppm (parties par million). On peut aussi les exprimer en massepar unit de volume. On a la correspondance suivante :

monoxyde de carbone 10 3 ppm 1 14 g/m3monoxyde dazote 10 3 ppm 1 23 g/m3dioxyde dazote 10 3 ppm 1 88 g/m3

Ces correspondances sont donnes pour une temprature ambiante de 25 C sous une pressiontotale dune atmosphre. La grandeur physique utilise pour caractriser la transparence delair (ou lopacit) est le coefficient dextinction de la lumire K dfini ci-dessous.Effets toxiques du CO

En prsence doxygne, le monoxyde de carbone ragit avec lhmoglobine du sang pourdonner la carboxyhmoglobine (HbCO). Les effets sur ltre humain rapports au taux deHbCO dans le sang, qui dpend la fois de la concentration et de la dure dexposition, sontassez bien connus. La figure 3.1, qui ne prend en compte que laction isole du CO sur un in-dividu et pour un taux dactivit moyen, illustre ces effets toxiques. La toxicit du CO est unetoxicit court terme non cumulative.

con

cen

tratio

n en

CO

200150100

400

600

800

1000

0 1 2 3 4dure dexposition (heures)

symptomes lgers

symptomes moyens

symptomes graves

effets mortels

FIG. 3.1 Effets toxiques du CO pris isolment

Effets des fumes sur la visibilitLeur prsence diminue la transparence de lair. Cette diminution conduit une perte de

visibilit, qui peut tre dangereuse. Le sentiment de confort et de scurit des usagers (stress)dpend aussi de la prsence des fumes.

Le coefficient dextinction1 K reprsente la perte relative de flux lumineux par unit delongueur. Il est dfini par la relation :

d

Kd

o d reprsente la perte dun flux lumineux traversant le milieu considr sur une distanced . Par intgration, on obtient la valeur du flux initial 0 aprs traverse du milieu absorbant

1 aussi appel coefficient dabsorption optique

Chapitre 3 - Besoins en ventilation sanitaire 35

sur une longueur L :

0e KL soit K

1L

ln 0

Le coefficient K sexprime en m 1 sur la base des logarithmes npriens. Si on dfinit TL

0 le coefficient (ou facteur) de transmission sur la distance L, on obtient TL

e KL

.

La distance de visibilit d est inversement proportionnelle K, soit d

C

K, o C est uncoefficient qui dpend des conditions dclairement et de lobjet voir (C vaut en gnral entre2 et 6). Le coefficient K est donc un bon indicateur de leffet des fumes sur lopacit. Dans lesconditions habituelles rencontres en tunnel, on constate quun doublement du coefficient Kcorrespond un doublement de la concentration en particules de fume (exprime en kg/m3).On en dduit que la stratgie de dilution des polluants est aussi pertinente pour les fumes etque les mesures dopacit et de masse de particules par m3 dair sont quivalentes, avec lefacteur de conversion

1m 1 0 21g

m3 PM

Le facteur de conversion ci-dessus vaut pour la masse totale de particules (PM). La conver-sion entre opacit et PM10 (masse des particules de taille infrieure 10 m) est extrmementcomplexe, puisquelle dpend de la rpartition des tailles de particules. Quand toutes les parti-cules sont issues de lchappement des vhicules, on peut raisonnablement supposer que toutesles particules sont des PM10 et donc que le facteur de conversion ci-dessus sapplique. Quanddes particules sont mises en suspension par le roulement des vhicules, ce nest plus le cas. Desmesures menes par le Cetu dans deux tunnels alpins ont montr un facteur de conversion delordre de 1 m 1 pour 0,1 g/m3 de PM10.

Puisque la concentration en fume peut sexprimer en m 1, cest dire en m2/m3, on peutconsidrer quune unit pertinente pour la mesure de la quantit dopacit est le m2. Le dbitdopacit (appel en gnral dbit de fume) mis par un vhicule sexprime lui en m2/h oum2/s.

Effets toxiques des NOxLe terme NOx dsigne lensemble constitu par le monoxyde dazote NO et le dioxyde

NO2. Ltat dquilibre de ces deux composs dpend dun grand nombre de paramtres, eten particulier de loxydation photochimique du NO, qui est inhibe en tunnel. En gnral entunnel, la concentration de NO2 en volume est gale un dixime de la concentration en NOxen volume. Le polluant le plus toxique est le NO2. Il est difficile dvaluer sa toxicit relle.

Les taux de NO et de NO2 prsents en tunnel sont trs infrieurs aux niveaux toxiques court terme. Seuls les effets long terme sont pris en compte (cf. section 3.1.3).

3.1.3 Niveaux admissibles en tunnel

Valeurs moyennes et valeurs maximales

En tunnel, on peut dfinir les niveaux de pollution selon des valeurs ponctuelles et instan-tanes (en pratique, cela signifie que la rsolution temporelle est donne par linertie des ap-pareils de mesure), ou selon des valeurs moyennes en temps ou en espace. Les oxydes dazotetant nocifs principalement pour leurs effets long terme, il est logique de considrer leur va-leur moyenne sur lensemble de louvrage. En revanche, en cas daccident, il est important decontrler les niveaux maximaux dans le tunnel de CO et dopacit, et il est donc logique deconsidrer les valeurs ponctuelles.


Contexte rglementaireLa seule rglementation pour les niveaux admissibles en tunnel en situation dexploitation

normale est la circulaire 99.329 du 8 juin 1999 (ministre de la sant) qui demande de suivreles recommandations du conseil suprieur dhygine publique de France (CSHPF) rendues le14 dcembre 1998 :

Les critres de qualit de lair respecter dans les tunnels routiers et les voiriessouterraines frquentes par les vhicules sont les suivants : les indicateurs de pollution retenir sont le monoxyde de carbone CO et le

dioxyde dazote NO2 ; la teneur moyenne en CO sur toute la longueur de louvrage ne doit pas dpasser

les valeurs de 50 ppm sur toute priode de 30 minutes et de 90 ppm sur toutepriode de 15 minutes ;

la teneur moyenne en NO2 sur toute la longueur de louvrage ne doit pas dpas-ser 0,4 ppm sur toute priode de 15 minutes.

De plus linstruction technique [17] prvoit quen cas daccident en tunnel, le taux maximalde CO doit tre limit 150 ppm et lopacit maximale 9.10 3 m 1 en tout point du tunnelet en tout instant.Valeurs de dimensionnement

Afin dobtenir les valeurs limites donnes ci-dessus en exploitation, on se basera sur lesvaleurs de dimensionnement dtailles ci-dessous, qui sont donnes pour une situation de trafictabli en valeur horaire. Ces recommandations se basent sur celles dites par le Cetu dans lepass, et tiennent compte des recommandations du CSHPF.

En situation non-exceptionnelle, le taux de CO ne doit pas dpasser 50 ppm en valeurmoyenne sur la longueur du tunnel, le taux de NO2 ne doit pas dpasser en valeur moyennesur la longueur du tunnel la valeur donne dans le tableau 3.1 ci-dessous et lopacit ne doitpas dpasser 5.10 3 m 1 en tout point du tunnel. Les seuils pour le NO2 visent une applicationprogressive de la circulaire 99.329 (ministre de la sant).

En situation exceptionnelle, le taux de CO ne doit pas dpasser 150 ppm en tout point dutunnel et lopacit ne doit pas dpasser 9.10 3 m 1 en tout point du tunnel.

anne seuil de dimensionnement pour le NO22003 0,8 ppm2005 0,6 ppm2007 0,5 ppm

2010 et au-del 0,4 ppm

TAB. 3.1 Seuils de dimensionnement pour le NO2

On entend par conditions de trafic exceptionnelles des vnements extrmement rares ;par exemple, les situations suivantes sont des conditions de trafic exceptionnelles :

congestion dans un tunnel en rase campagne quand cette congestion nest pas susceptiblede survenir plus de quelques fois par an ;

blocage conscutif un accident.Les congestions rcurrentes en tunnel urbain sont lvidence non-exceptionnelles.

Le lien entre concentrations moyennes sur la longueur du tunnel et concentration maximaledpend du s

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