Système de ventilation des tunnels

Le terme "ventilation" combine plusieurs fonctions : ventilation de la pollution, extraction de la fumée, et parfois ventilation à des fins de protection de l'environnement.

Comme expliqué à la page  Principes de ventilation, dans certains cas, la ventilation dans les tunnels routiers peut être réalisée sans nécessiter d'équipement mécanique (ventilation naturelle). Cependant, dans la plupart des tunnels d'une longueur supérieure à quelques centaines de mètres, la ventilation mécanique est inévitable, ce qui nécessite la conception d'un système de ventilation de tunnel (voir page Conception et dimensionnement ). 

Les caractéristiques des équipements de ventilation à installer dépendent fortement du type de système de ventilation pour le fonctionnement normal et les scénarios d'incendie.

Les systèmes de ventilation longitudinale utilisent le tube du tunnel comme "conduit". À l'aide d'un jet d'air placé dans la colonne d'air du tunnel, la résistance à l'écoulement peut être surmontée en convertissant l'impulsion du jet en pression statique. 

Les jets d'air peuvent être placés à l'entrée du tunnel (Saccardo), soufflant de l'air extérieur dans le tunnel ou sous forme de ventilateurs canalisés (généralement appelés accélérateurs) le long du tunnel, chacun accélérant une partie du flux d'air du tunnel. Les accélérateurs peuvent fonctionner dans les deux directions du tunnel (voir section IV.2 "Ventilation longitudinale"  du rapport AIPCR 1996 05.02 "Tunnels routiers : Emissions, Environnement, Ventilation"). 

Lorsqu'un ventilateur est installé dans un tunnel, une diminution considérable de la poussée se produit lorsque l'unité est proche du plafond ou de la paroi du tunnel ou dans une niche. Dans ces cas, il est recommandé d'utiliser des dispositifs supplémentaires afin de maximiser le facteur d'installation. On peut par exemple utiliser des déflecteurs, des tôles inclinées, des silencieux inclinés ou des tuyères. La section 4.4.4 "Ventilation"  du rapport 2017 R02 de l'AIPCR "Exploitation des tunnels routiers : premiers pas vers une approche durable" fournit quelques exemples d'amélioration de l'efficacité de la ventilation longitudinale.

Dans certains pays, des systèmes de filtration de l'air ont été mis en place pour atténuer l'impact des émissions des véhicules sur l'environnement. La section 4.4.5 "Épuration de l'air"  du rapport 2017 R02 de l'AIPCR "Exploitation des tunnels routiers : premiers pas vers une approche durable" fournit quelques exemples et approches dans différents pays.

Les accélérateurs opérant dans un tunnel peuvent générer des niveaux de bruit élevés et avoir des effets néfastes sur la transmission de la parole entre les personnes dans le tunnel. Cela peut devenir un problème de sécurité lorsque le niveau de bruit empêche les usagers du tunnel de comprendre ce qu'on leur demande de faire ou lorsqu'il rend difficile la communication entre les pompiers. C'est pourquoi il faut faire preuve d'une certaine prudence dans l'évaluation des émissions sonores des accélérateurs.

La ventilation transversale utilise des conduits qui sont parallèles au tunnel. Deux types de conduits sont généralement utilisés :

•    Des conduits d'air frais sont utilisés pour injecter de l'air frais dans le tunnel afin de diluer les gaz pollués produits par les véhicules ;
•    Les conduits d'extraction ou d'évacuation sont utilisés pour évacuer l'air vicié ou la fumée et les gaz chauds produits par l'incendie du volume du tunnel. Dans certains cas, la capacité d'extraction peut être utilisée afin de limiter la vitesse longitudinale dans le tunnel en fonctionnement normal. 

L'extraction pour le contrôle des fumées est généralement concentrée dans une zone plus petite que la longueur du conduit par l'ajout de trappes motorisées et télécommandées, également appelés "extraction ponctuelle". Les ventilateurs desservant les conduits sont souvent situés dans des installations de ventilation à proximité des portails ou des puits des tunnels ; cependant, de nombreuses variantes peuvent exister. 

Les ventilateurs d'extraction doivent être dimensionnés pour assurer les débits d'air d'extraction requis pour tous les lieux d'incendie dans le tunnel. Dans le passé, les conduits d'extraction étaient généralement reliés au tunnel par un certain nombre de petites bouches ouvertes régulièrement espacées. Ce concept a depuis évolué en remplaçant les petits évents ouverts par des évents plus grands équipés de clapets motorisés commandés à distance et davantage espacés. L'utilisation de fusibles et de panneaux thermiques a été évaluée et s'est avérée avoir des effets néfastes : l'efficacité du système de contrôle des fumées utilisant de tels dispositifs thermiques s'est avérée compromise par l'ouverture intempestive de certaines trappes et/ou l'ouverture de trappes dans des endroits non optimaux.

La résistance thermique des ventilateurs doit garantir que l'extraction des fumées chaudes est possible quelle que soit la configuration. Les câbles, les boîtes de jonction et toutes les autres parties non protégées du système de ventilation doivent avoir la même résistance au feu que les ventilateurs. Pour plus de détails sur la résistance au feu des autres équipements, voir la section VII.5 "Résistance au feu des équipements"  du rapport AIPCR 1999 05.05.B "Maitrise des incendies et des fumées dans les tunnels routiers". Des informations supplémentaires sur les températures maximales mesurées lors des tests d'incendie du Memorial Tunnel et du Zwenberg Tunnel sont également disponibles dans ce rapport AIPCR 1999 05.05 .

Pour remplir leur fonction, les trappes doivent être capables de résister aux conditions environnementales normales du tunnel et de fonctionner dans des conditions d'urgence. 

Les équipements de ventilation doivent répondre à un certain nombre de spécifications, notamment la résistance au feu et les performances acoustiques. Chapitre 4 "Ventilation"  du rapport 2006 05.16 et ses annexes 12.3 "Dimensionnement des installations de ventilation lonjgitudinale" , 12.4. "Volets de désenfumage"  et 12.6. "Impact sonore des accélérateurs"  fournissent des informations supplémentaires sur les équipements de ventilation pour les systèmes longitudinaux et transversaux. 

Les aspects du cycle de vie doivent également être pris en compte dans la conception et la sélection des équipements de ventilation des tunnels. Des informations supplémentaires sont disponibles dans le rapport 2012 R14 de l'AIPCR sur les aspects du cycle de vie des équipements électriques des tunnels routiers. 

Dans certains cas, comme pour les tunnels complexes ou urbains, des considérations spécifiques doivent être prises en compte dans les exigences relatives aux équipements, comme décrit au chapitre 7 "Autres équipements et installations d'exploitation" du rapport 2016 R19 de l' AIPCR "Tunnels routiers : réseaux routiers souterrains complexes".   

Tests de ventilation

Comme le système de ventilation joue un rôle majeur dans la sécurité des tunnels, il est essentiel qu'il fonctionne correctement et efficacement à tout moment. Pour atteindre cet objectif, des séries de tests doivent être définies et adaptées aux spécifications spécifiques des tunnels. L'objectif premier des tests des systèmes de ventilation des tunnels routiers est double :
•    pour vérifier la fonctionnalité de tous les éléments du système, tant au moment de la commande (essais en usine et de réception) qu'in situ (essais de fonctionnalité à des intervalles déterminés) ;
•    de vérifier les performances in situ du système et de ses composants en les comparant aux spécifications de conception.

Trois types de tests sont généralement effectués afin de vérifier l'équipement et les objectifs de sécurité du système de ventilation : 
•    Essais de réception (en usine) : ils visent à vérifier que les performances réelles de l'équipement correspondent aux exigences spécifiées. Les directives d'essai indiquent généralement les procédures à suivre pour ces opérations. 
•    Tests unitaires sur site : ils visent à vérifier que le fonctionnement des équipements est conforme aux spécifications du projet.
•    Tests d'intégration : ils visent à vérifier que les objectifs de sécurité correspondent, notamment en ce qui concerne le contrôle des fumées. La première série d'essais d'intégration peut être effectuée sans feu afin de quantifier la capacité de ventilation, et une deuxième série d'essais peut impliquer un feu calibré afin de tenir compte des effets de flottabilité et de visualiser le développement de la fumée.

Il est généralement impossible d'effectuer des essais d'intégration avec des incendies aussi importants que les incendies de conception. Le plus souvent, ces essais ont pour but principal de former les exploitants de tunnels et les membres des services d'incendie. 
La liste des essais et les calendriers correspondants doivent être adaptés à chaque tunnel particulier, et dépendent de l'équipement installé, du volume de trafic et du degré d'utilisation des installations, et couvrent plusieurs aspects, notamment :
•    Contrôles visuels
•    Mesures électriques
•    Mesures du débit d'air, pression des ventilateurs
•    Mesures du débit d'air dans les conduits de ventilation
•    Mesures du débit d'air aux trappes de désenfumage
•    Mesures du bruit : aux entrées d'air et aux sorties des équipements de ventilation afin de déterminer l'état et le vieillissement des silencieux et des ventilateurs et dans les salles des machines pour vérifier la protection des travailleurs.
•    Abris et ventilation des pièces annexes
•    Essais d’incendie

Le chapitre 8 "Responsabilités opérationnelles en cas d'urgence"  du rapport AIPCR 2007 05.16 "Systèmes et équipements de lutte contre l'incendie et les fumées" décrit plus en détail les essais de ventilation appropriés pour les systèmes de ventilation.