Principes de ventilation

1. Types de systèmes de ventilation
2. Ventilation en fonctionnement normal
3. Scénarios d'incendie
4. Autres risques

 La conception des systèmes de ventilation des tunnels vise à sélectionner le meilleur choix afin de faire face aux défis suivants :
•    la dilution des polluants atmosphériques (à l'intérieur des tunnels),
•    les questions environnementales (hors tunnel),
•    le contrôle des fumées en cas d'incendie.

En tenant compte du volume d'air requis pour la dilution des polluants ainsi que d'autres facteurs, tels que la longueur du tunnel, son emplacement, le type de trafic, les lois sur l'environnement et, surtout, les considérations de sécurité incendie, une évaluation peut être effectuée et le système de ventilation peut être choisi pour chaque tunnel particulier.

1. Types de systèmes de ventilation
De nombreux types de systèmes de ventilation peuvent être identifiés dans les tunnels routiers, notamment les suivants :
•    la ventilation naturelle ; qui peut être induite par la température de l'air et les conditions météorologiques et/ou par le trafic ;
•    la ventilation mécanique, qui peut être 
o    longitudinale,
o    extraction massive ponctuelle ou à flux ponctuel,
o    transversale,
o    semi-transversale (et semi-transversale réversible),
o    transversale partielle ;
               (des combinaisons des systèmes ci-dessus sont possibles et, dans certains cas, inévitables) :
•    le traitement de l'air combiné à une ventilation mécanique.

Une description des principales caractéristiques de chacun de ces systèmes se trouve au chapitre V "Ventilation pour le contrôle du feu et de la fumée"  du rapport AIPCR 1999 05.05.B, au chapitre 4 "Ventilation" du  rapport AIPCR 2007 05.16.B Systèmes et équipements pour le contrôle du feu et de la fumée et au chapitre "Classification des systèmes de ventilation " du rapport AIPCR 2011R02 Tunnels routiers : Stratégies opérationnelles pour la ventilation d'urgence. 

Les critères et les méthodologies de conception et de dimensionnement des ventilations de tunnels se trouvent à la page Conception et dimensionnement , qui sont basés sur les principaux principes de base de la ventilation, applicables à l'exploitation normale et aux scénarios d'incendie, comme décrit dans les sections suivantes. 

2. Ventilation en fonctionnement normal
Les émissions de CO, de particules et de NOx (la somme de NO et de NO2) sont considérées comme les polluants de référence des véhicules à moteur à combustion interne dans les tunnels routiers. 

La quantité d'air frais requise pour une situation de trafic donnée dans le tunnel dépend du nombre et du type de véhicules dans le tunnel, de l'émission moyenne par voiture dans ce trafic et de la concentration admissible pour cette émission particulière (voir le rapport 2019 R02 de l'AIPCR Émissions des véhicules et demande d'air pour la ventilation ).

Pour les polluants affectant la santé humaine, des valeurs seuils dépendant du temps d'exposition peuvent être imposées par les autorités. Le dosage de la pollution dépend du temps de parcours nécessaire pour transiter dans le tunnel. En l'absence de réglementations nationales, le chapitre 4 "Valeurs de conception et d'exploitation des polluants"  du rapport AIPCR R02 2019 "Tunnels routiers : Emissions des véhicules et besoins en air frais pour la ventilation" recommande des limites de concentration et d'exploitation (normales et d'entretien) admissibles.

Des informations supplémentaires sur les émissions de NOx et les recommandations qui en découlent en ce qui concerne la ventilation des tunnels routiers figurent dans le rapport AIPCR 2000 05.09.B. "Pollution par le dioxyde d'azote dans les tunnels routiers" . 
En outre, pour des raisons environnementales, la qualité de l'air ambiant aux têtes des tunnels est souvent soumise à certains seuils de polluants, principalement le NO2. Cela peut être réalisé par la  gestion des émissions atmosphériques aux têtes . Les exigences en matière de qualité de l'air dans les tunnels ou de qualité de l'air ambiant aux têtes des tunnels peuvent déterminer, dans certains cas, les exigences de capacité du système de ventilation.

La page Conception et dimensionnement  décrit les principaux critères à prendre en compte pour la conception et le dimensionnement des systèmes de ventilation dans les tunnels routiers pour un fonctionnement normal.

En outre, pendant l'exploitation du tunnel, le contrôle du système de ventilation est établi en fonction de points de consigne, généralement inférieurs aux valeurs limites de concentration admissibles, de sorte que la ventilation du tunnel est activée avant que les niveaux de polluants ne dépassent les critères. Pour les circonstances extrêmes, des valeurs limites de fermeture du tunnel qui ne doivent jamais être dépassées sont définies pour une exploitation sûre du tunnel. De plus amples informations sur la conception du système de contrôle de la ventilation sont disponibles à la page Contrôle et surveillance. 

3. Scénarios d'incendie
Il est essentiel de comprendre le comportement de la fumée lors d'un incendie dans un tunnel pour tous les aspects de la conception et de l'exploitation d'un tunnel. Cette compréhension influencera le type et le dimensionnement du système de ventilation à installer, son fonctionnement en cas d'urgence et les procédures d'intervention qui seront élaborées pour permettre aux exploitants et aux services d'urgence de gérer l'incident en toute sécurité. 

Le chapitre 1 "Principes de base de la progression des fumées et de la chaleur au début d'un incendie"  du rapport AIPCR 2007 05.16.B Systèmes et équipements pour le contrôle du feu et de la fumée présente les détails du comportement général de la fumée et les principales influences qui affectent sa propagation dans un tunnel, tandis que le chapitre 3  décrit des expériences de cas réels sur l'influence du fonctionnement de la ventilation d'un tunnel sur le contrôle de la fumée en cas d'incendie.

Comme un tunnel peut être emprunté par différents véhicules tels que des voitures, des bus, des camions, des véhicules spéciaux, etc., qui peuvent avoir des chargements différents (personnes, ininflammables, inflammables, explosifs, produits toxiques, etc.), les incendies de tunnel possibles peuvent différer en termes de quantité et de qualité. Dans la plupart des cas, il s'agit de petits incendies de tunnel relativement inoffensifs, avec une température et un dégagement de fumée mineurs, mais des incendies de camions-citernes très dangereux avec des températures élevées, un dégagement de fumée énorme et un risque d'explosion peuvent se produire. Il n'est donc pas possible de prescrire la température et le dégagement de fumée pour chaque type d'incendie de tunnel possible. 

Le développement et la dispersion dans le tunnel de la fumée résultant des incendies dépendent principalement des facteurs suivants :
•    éventuellement une réduction de l'approvisionnement en oxygène sur le site de l'incendie,
•    le dégagement de chaleur,
•    la convection de la chaleur,
•    la pente longitudinale,
•    le type de ventilation,
•    les dimensions de l'espace de circulation et les obstructions éventuelles,
•    la poussée causée par tout véhicule en mouvement,
•    les influences météorologiques (force et direction du vent).

En gros, on peut dire qu'en raison de la chaleur dégagée autour du site de l'incendie, la fumée monte au plafond, et qu'elle continue son écoulement dans une direction lorsque la vitesse longitudinale est élevée, avec ou sans nappe de retour (voir la section Dimensionnement de la page Conception et dimensionnement ) et dans les deux directions lorsque la vitesse longitudinale est faible. Ainsi, il devrait y avoir un espace sans fumée juste au-dessus de la surface de la route à proximité d'un incendie - au moins pendant une courte période.

Des informations détaillées sur la production de fumée et de polluants lors d'incendies réels et d'essais d'incendie à grande échelle figurent à la section II.4 "Choix des incendies de référence"  et à la section III.4 "Développement et dispersion de la fumée dans les essais d'incendie" du  rapport AIPCR 05.05.B de 1999 sur le contrôle des incendies et des fumées dans les tunnels routiers et à l'annexe 2 "Essais d'incendie"  du rapport AIPCR R01 de 2017 sur les caractéristiques des incendies de référence pour les tunnels routiers.

La ventilation des tunnels est un élément clé pour atténuer les conséquences d'un incendie dans un tunnel. La page Conception et dimensionnement  décrit les principaux critères à prendre en compte pour la conception et le dimensionnement des systèmes de ventilation dans les tunnels routiers pour les scénarios d'incendie.

En outre, la page Stratégies de ventilation  fournit des informations supplémentaires sur les meilleures stratégies opérationnelles en cas d'incendie. 

4. Autres risques
Un facteur de risque très important en matière de sécurité incendie dans un tunnel est de savoir si les véhicules transportant des marchandises dangereuses sont autorisés ou non. Les critères permettant de décider quand un tel transport doit être autorisé ne sont généralement pas abordés dans les thèmes liés à la ventilation des tunnels. De plus amples informations sur l'évaluation et l'atténuation des risques associés au transport de véhicules dangereux dans les tunnels routiers sont disponibles à la page Risques liés au transport de marchandises dangereuses.