CYPE a développé le logiciel Simulation dynamique des incendies (intégré dans son logiciel CYPECAD MEP) dans le cadre d’un projet de recherche financé par le Centre pour le Développement Technologique Industriel (CDTI) et cofinancé par le Fonds Européen de Développement Régional (FEDER).
Ce logiciel réalise des simulations dynamiques de l’évolution d’un incendie dans les bâtiments à l’aide de deux outils externes libres (installés avec le logiciel) :
- le moteur de calcul FDS (Fire Dynamics Simulator) ;
- le visualiseur Smokeview (SMV).
Ces deux outils, développés par le NIST (National Institute of Standards and Technology, USA), ne proposent ni interface graphique de saisie, ni lecture des résultats réellement exploitable pour une utilisation courante. Le logiciel Simulation dynamique des incendies comble ce manque : vous saisissez les données dans l’interface de CYPECAD MEP, le logiciel prépare automatiquement les fichiers nécessaires à FDS, lance le calcul, puis transmet les résultats à Smokeview pour produire une animation 3D. Vous exploitez également des résultats interprétés directement dans CYPECAD MEP sous forme de points de contrôle et de graphiques d’évolution temporelle.
Introduction
Le logiciel Simulation dynamique des incendies permet de simuler l’évolution d’un incendie dans un bâtiment à partir de deux composants :
- Moteur de calcul
Utilisez le modèle CFD FDS (Fire Dynamics Simulator), développé par le NIST, comme moteur de calcul. - Visualiseur 3D
Utilisez Smokeview (SMV), également développé par le NIST, pour visualiser l’évolution du feu et de la fumée en 3D.
Comme ces outils ne disposent pas d’interface graphique, les données doivent être préparées sous forme de fichiers texte structurés. De plus, FDS produit une grande quantité de résultats bruts, difficiles à analyser sans expérience. Le logiciel vous évite cette complexité en automatisant la préparation des données et en transformant les résultats en informations exploitables.
Placez la source de feu à n’importe quel point du bâtiment pour analyser le comportement des fumées et vérifier la viabilité de l’évacuation. Utilisez le module sur un bâtiment existant afin d’identifier des améliorations possibles, même si le bâtiment respecte déjà la réglementation.
Parmi les paramètres déterminants pour la sécurité incendie, surveillez notamment la concentration et la température des fumées : des valeurs élevées peuvent empêcher l’évacuation, mettre en danger les occupants et aggraver les dommages. Prenez aussi en compte la géométrie (largeur des couloirs), les matériaux et les dispositifs de protection incendie. Le module s’intègre à l’écosystème CYPECAD MEP pour tirer parti du modèle bâtiment partagé.
À ce jour, il n’existe pas de technologie équivalente : le module Simulation dynamique des incendies peut donc s’avérer très utile, aussi bien pour les services d’incendie et de secours que pour les concepteurs de systèmes d’extinction et de systèmes de contrôle de température et d’évacuation des fumées (SCTEH).
Vous trouverez ci-dessous des informations détaillées sur la saisie des données et sur les résultats disponibles.
Fonctionnement du logiciel Simulation dynamique des incendies
Activation du calcul et des données nécessaires pour la simulation dynamique
Réalisez le calcul dans l’onglet Incendie ('FDS') de CYPECAD MEP. Définissez les options de simulation dans le menu 'FDS' (à l’exception de l’option 'Charges de feu', située dans le menu 'Équipement').
Lancez la simulation avec l’option 'Calculer la simulation d’incendie' (menu 'FDS'). Même si vous démarrez sans paramétrage complet, le logiciel vous indique les informations manquantes, notamment :
- la définition des hypothèses d’incendie ;
- la sélection des locaux à inclure ;
- la définition des charges de feu ;
- la sélection de l’élément déclencheur de l’incendie.
Pour calculer la simulation, vous devez également :
- définir les éléments constructifs et les locaux du bâtiment ;
- ajouter, si nécessaire, les équipements de protection (sprinklers automatiques, détecteurs de fumée ou de température), pris en compte comme tels par le modèle FDS ;
- définir les voies d’évacuation si vous souhaitez surveiller l’évolution des fumées le long des parcours (température et fumées aux points traversés).
Saisie des données spécifiques
Charges de feu
Définissez les éléments combustibles (mobilier, objets, etc.) dans les locaux susceptibles d’être touchés par l’incendie : ces éléments constituent les charges de feu qui alimentent et conditionnent l’évolution du sinistre.
Utilisez l’outil Solides combustibles via 'Équipement' > 'Charges de feu'. Appuyez-vous sur une bibliothèque de matériaux combustibles courants, caractérisés avec les données nécessaires au modèle FDS (enthalpies de combustion et de vaporisation, réactions de pyrolyse, taux de libération de chaleur, perte massique, etc.).
Les éléments constructifs du bâtiment sont caractérisés automatiquement lors de la construction du modèle FDS, ce qui permet une saisie simple et cohérente des éléments combustibles et non combustibles.
Hypothèses d’incendie
Gérez plusieurs scénarios dans un même fichier pour comparer différentes configurations et analyser leur impact. Créez, copiez ou modifiez les hypothèses via 'Hypothèses d’incendie' (menu 'FDS'), puis sélectionnez celle sur laquelle vous travaillez.
Chaque hypothèse inclut notamment :
- Sélection des locaux du bâtiment
Définissez le périmètre via 'Sélection des locaux à inclure dans la simulation' (menu 'FDS'). Plus le nombre de locaux est élevé, plus le modèle est grand et plus le temps de calcul augmente. - Sélection des éléments déclencheurs d’incendie
Définissez quelles charges de feu démarrent la combustion au lancement via 'Sélection des éléments déclencheurs d’incendie' (menu 'FDS'). - État de l’ouverture des baies
Définissez l’état d’ouverture des portes et fenêtres via 'Comportement des ouvertures dans la simulation' (menu 'FDS'). Ces choix influencent directement la ventilation et donc l’évolution du feu et des fumées.
Le modèle FDS inclut également des logiques de contrôle pendant la simulation. Par exemple :
- une fenêtre initialement fermée peut se rompre si les conditions de pression et de température sont atteintes ;
- des détecteurs et sprinklers déclenchent une logique d’alarme avec temporisation ;
- cette logique peut piloter d’autres éléments, comme la fermeture de portes coupe-feu à retenue magnétique ou l’ouverture d’exutoires en toiture.
Dans la vidéo illustrant un exemple de simulation réalisée avec le logiciel, vous observez qu’à un instant donné de l’incendie, les exutoires en toiture s’ouvrent, ce qui réduit la couche de fumée accumulée à l’intérieur, puis les sprinklers se déclenchent.
Calcul réalisé
Construction du modèle FDS et paramètres de calcul
Une fois les données saisies, calculez une hypothèse via 'Calculer la simulation d’incendie' (menu 'FDS'). La fenêtre Données générales s’ouvre : sélectionnez l’hypothèse, puis définissez deux paramètres essentiels :
- la taille de cellule du maillage ;
- la durée de simulation.
Taille de cellule (maillage)
La taille de cellule conditionne la finesse du maillage, donc la précision, le temps de calcul et la mémoire nécessaire. Des valeurs de 15, 20 ou 25 cm sont généralement suffisamment précises pour de grands volumes. Pour des études préliminaires, augmentez la taille de maille afin d’accélérer les calculs. Des tailles inférieures à 15 cm alourdissent fortement le calcul et conviennent surtout à des volumes réduits.
Durée de simulation
La simulation démarre à l’ignition des charges de feu définies comme déclencheurs. FDS étant destiné à l’étude du feu et des fumées, privilégiez l’analyse des premières phases, notamment pour évaluer l’évacuation. Évitez en général des durées supérieures à 30 minutes : FDS ne permet pas de simuler un effondrement structurel.
Indépendance du modèle 3D et du maillage FDS
Contrairement à d’autres outils, le modèle bâtiment géré dans le logiciel reste en dimensions réelles et ne dépend pas du maillage. Le modèle exporté vers FDS est généré automatiquement pour l’hypothèse choisie, avec la discrétisation sélectionnée et une optimisation selon les processeurs disponibles et la disposition des éléments. Cette approche réduit certaines limitations de FDS (alignement de mailles, obstacles de type OBST) et permet de tester plusieurs niveaux de détail en ne modifiant que la taille de cellule.
Gestion du calcul FDS
Une fenêtre dédiée s’ouvre pour piloter le calcul. Le logiciel utilise la version optimale de FDS selon la machine (32/64 bits, mono ou multi-CPU) et inclut la dernière version valide publiée par le NIST.
Cette fenêtre fonctionne comme un processus indépendant : vous pouvez continuer à travailler sur d’autres hypothèses ou sur un autre projet pendant le calcul.
Vous y consultez :
- le temps de calcul ;
- le temps restant estimé ;
- le temps réel de simulation atteint ;
- l’accès aux fichiers *.fds et *.out ;
- le lancement de Smokeview avec les données déjà calculées.
Smokeview permet de visualiser les résultats jusqu’au temps atteint, même pendant le calcul : évolution des fumées, températures, détection/alarme, activation des sprinklers, etc.
Arrêtez le calcul si nécessaire : vous conservez des résultats jusqu’à l’instant calculé. Reprenez ensuite la simulation à partir de l’arrêt pour la réaliser en plusieurs étapes.
Résultats obtenus
Résultats dans le logiciel CYPE
FDS produit des résultats bruts nombreux et complexes. Leur analyse peut vite devenir complexe et chronophage, et demande une certaine expérience.
Pour faciliter cette étape, le logiciel fournit un post-traitement via 'Afficher résultats de la simulation' (menu 'FDS').
Après activation (dans les projets dont l’hypothèse d’incendie a été entièrement calculée ou arrêtée à un instant donné), des points de contrôle apparaissent en plan. Selon le point sélectionné, visualisez notamment :
- Activation des détecteurs de fumée ou de chaleur
- Activation des sprinklers
- Le long des parcours d’évacuation, est affiché :
- Les moments de dépassement des températures dangereuses dans la couche de fumées ;
- La diminution de la hauteur libre de fumées en dessous de 2 m.
Cliquez sur un point de contrôle pour générer des listes et graphiques montrant l’évolution temporelle de :
- La température dans les sprinklers ou dans les détecteurs de chaleur ;
- Le degré d’obscurcissement dans les détecteurs de fumée ;
- Les températures de la couche froide et de la couche des fumées, et la hauteur libre de fumées le long des parcours d’évacuation disposés dans le bâtiment.
Résultats dans Smokeview
En complément, le modèle ajoute des plans de contrôle inspectables dans Smokeview.
À chaque étage, le logiciel génère :
- des plans de distribution des températures ;
- des plans de vitesse de l’air ;
- des plans de visibilité (en mètres).
Ces vues permettent d’évaluer rapidement le comportement du bâtiment et l’efficacité des systèmes de désenfumage et de contrôle de température.
Configuration matérielle et logicielle recommandée
La simulation dynamique d’un incendie dans un bâtiment est un processus complexe, influencé par de nombreux paramètres. Elle exige donc des ressources matérielles et logicielles plus importantes que celles requises pour utiliser, dans des conditions normales, la plupart des autres logiciels.
C’est pourquoi nous insistons tout particulièrement sur deux points : la possibilité d’exploiter des processeurs multi-cœurs et le système d’exploitation de l’ordinateur utilisé pour effectuer le calcul de la simulation.
Multiprocesseurs
Accélérez les calculs grâce au module 'Calcul en parallèle jusqu'à huit processeurs', qui répartit le travail sur plusieurs maillages en calcul parallèle. Pour des simulations complexes, incluez ce module dans votre licence.
Systèmes 64 bits
Sur un système 64 bits, FDS et Smokeview fonctionnent en 64 bits, ce qui permet de traiter des simulations plus grandes (zone plus vaste, maille plus fine) en levant les limitations mémoire des environnements 32 bits.
Sur une machine 32 bits, les modèles dépassant environ 2 millions de cellules peuvent provoquer des problèmes de mémoire. Le logiciel vous avertit afin que vous puissiez réduire la zone simulée ou augmenter la taille de cellule.
Pour des simulations complexes (taille, niveau de détail, extinction automatique par sprinklers), privilégiez un système 64 bits avec CPU multi-cœurs et plus de 4 Go de RAM.
Permis nécessaires
Pour calculer une simulation dynamique d’incendie, votre licence CYPE doit inclure le logiciel Simulation dynamique des incendies. Avec ce seul module, placez des sprinklers afin de prendre en compte leur effet sur la simulation.
Pour des études complexes, ajoutez le module 'Calcul en parallèle jusqu'à huit processeurs'.
Versions de CYPECAD MEP
Plus d'informations sur les différentes versions du logiciel sur Versions de CYPECAD MEP.
Autres prestations
Consultez Modules de CYPECAD MEP pour découvrir les autres fonctionnalités.
