ODZ consultants s’engage au sein du Groupe de Travail National « GT CFD Explosion » pour valider l’utilisation de logiciels de modélisation 3D.
Dans l’accompagnement de ses clients pour la réalisation des études de dangers, ODZ Consultants est en permanence à la recherche de solutions méthodologiques qui permettent de réaliser des analyses les plus proches possibles des phénomènes réels.
ODZ Consultants participe à la validation des logiciels de calcul 3D appliqués à la modélisation des explosions accidentelles. L’objectif ? Proposer aux industries françaises une solution performante pour garantir une implantation optimale de leur projet dans le cadre de l’autorisation environnementale.
Fort de son expérience acquise en modélisation CFD (« Computational Fluid Dynamics » ou simulation de dynamique des fluides) dans le secteur pétrolier, ODZ Consultants a intégré depuis 2018 le groupe de travail « GT CFD Explosion » piloté par l’INERIS. L’objectif fixé est en passe d’être atteint : valider l’usage de codes de calcul 3D pour la simulation d’explosion accidentelle avec la publication de bonnes pratiques.
Notre approche : confronter expérience et modélisation
Le principe est simple : réaliser une comparaison objective entre des résultats expérimentaux d’explosion réalisés à moyenne échelle et les résultats issus d’un logiciel de type CFD.
ODZ Consultants a donc mené avec le concours de 5 partenaires une campagne de modélisation impliquant différents logiciels de simulation afin de confronter leurs résultats aux valeurs expérimentales issues du projet DIMITRhy.
DIMITRHy – « Données et Instrumentation de la MITigation du Risque Hydrogène »
Le projet DIMITRHY s’est inscrit dans le « Plan d’Action National sur l’Hydrogène et les piles à combustible » (PAN-H) afin d’apporter pour cette filière des données de référence sur les moyens de réduction des risques et les conséquences d’une fuite d’hydrogène par mitigation des ATEX (Atmosphères Explosibles).
Les essais réalisés dans ce cadre portaient sur des explosions confinées d’hydrogène dans une enceinte munie d’un évent.
Les évents d’explosion sont couramment utilisés dans les industries de procédés comme solution de prévention pour protéger les équipements ou les bâtiments contre les conséquences dévastatrices de la surpression interne générée par une explosion, celle-ci pouvant atteindre plusieurs bars selon les combustibles.
Des capteurs de pression à l’intérieur et à l’extérieur de l’enceinte et la mise en œuvre d’une caméra rapide ont permis de disposer de nombreuses données expérimentales, suffisamment fiables pour une comparaison expérience / modélisation.
Un article détaillé sur les essais a été présenté au 20ème Congrès de maitrise des risques et de sureté de fonctionnement de l’IMdR.
Simulation vs expérience…
Les participants se sont livrés à un exercice de modélisation « en aveugle », c’est-à-dire sans avoir connaissance des résultats expérimentaux à l’avance. Ils ont ainsi reproduit cette expérience le plus fidèlement possible avec plusieurs logiciels à leur disposition. ODZ Consultants a réalisé les modélisations avec le code FLACS, qu’il met en œuvre depuis 1996.
Les capacités actuelles des codes de calcul et le respect des « bonnes pratiques » définies par le Groupe de Travail pour leur utilisation ont permis de reproduire fidèlement :
- Le comportement physique de la flamme au sein de l’enceinte, puis son expansion au-delà après la traversée de l’évent :
Arrêt sur image – vue de l’expérience vs simulation FLACS v10.4
- La vitesse de la flamme lors de son parcours :
Comparaison expérience / simulation EUROPLEXUS de propagation de la flamme en fonction du temps
- Les signaux de pression à l’intérieur et l’extérieur de l’enceinte :
Comparaison expérience / simulation des surpressions atteintes
Apport d’une approche CFD
L’étude de ce cas a permis de mettre en évidence de nombreux avantages à l’usage des codes CFD par rapport aux modèles simples usuels, notamment ceux mettant en application des calculs basés sur les normes de dimensionnement d’évent.
Les ordres de grandeurs mesurés sont correctement estimés avec un écart de l’ordre de 30% pour la pression observée. Pour comparaison, l’application de la norme usuelle est bien moins précise avec un écart de +175%.
Perspectives industrielles
L’intérêt de ce type de modélisation pour l’industrie est réel. L’approche CFD estime précisément la surpression résiduelle atteinte pour différents niveaux de concentration et pour des configurations complexes. Elle permet ainsi de dimensionner de manière optimale les évents protégeant les locaux où le risque d’explosion d’hydrogène est présent.
Au-delà, c’est aussi la possibilité d’utiliser ces codes pour la modélisation des explosions accidentelles sur des sites industriels. ODZ Consultants pourra ainsi valoriser son savoir-faire acquis dans le secteur pétrolier international pour le proposer à tout site industriel français.
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