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STOP FEU, Oran 2010
Lectures invitées
Le boilover d’hydrocarbures répandus en couche mince sur une surface aqueuse
J.P.Garo et J.P.Vantelon
Département, Fluides, Thermique et Combustion, Institut P’, UPR CNRS 3346
ENSMA BP 40109, 86961 Futuroscope Chasseneuil France
A.C.Fernandez-Pello
Department of Mechanical Engineering, University of California at Berkeley
Berkeley, California 94720 USA
Résumé
L’inflammation d’un épandage accidentel d’hydrocarbure flottant à la surface de l’eau peut
conduire à un phénomène de caractère spectaculaire et redoutable, souvent appelé boilover en
couche mince. Dans certaines conditions, en effet, le flux de chaleur traverse la nappe de
combustible en feu, chauffe l’eau jusqu’à ébullition, et cette ébullition soulève le combustible
et le disperse, provoquant une véritable explosion du foyer.
Une étude systématique de ce phénomène complexe est présentée à partir d’expérimentations
menées à l’échelle laboratoire, sur différents types d’hydrocarbures représentant une large
gamme de composition (purs ou de coupes de distillation variables).
L’influence des paramètres majeurs jouant sur le processus, épaisseur initiale et point
d’ébullition du combustible, surface de la nappe, et leur impact sur l’échauffement des phases,
tant combustible qu’aqueuse, et sur le délai de déclenchement de l’ébullition, sont examinés.
Les résultats obtenus mettent bien en évidence le rôle des transferts thermiques en profondeur
et montrent que le boilover est dû à une ébullition de type nucléation hétérogène prenant
naissance à l’interface combustible-eau, l’eau étant surchauffée.
Une modélisation des transferts de chaleur permet enfin de bien appréhender les mécanismes
contrôlant le phénomène et de prédire les risques d’apparition de celui-ci.
Introduction
Le phénomène de boilover est le plus souvent associé aux grands stockages d’hydrocarbures à
larges coupes de distillation. En cas d’incendie en effet, la combustion préférentielle des
fractions les plus légères entraîne l’établissement de courants convectifs conduisant à la
formation d’une couche chaude, de température sensiblement uniforme, dont l’épaisseur croît
plus vite que la vitesse de régression de surface. Lorsque cette couche chaude, toujours
supérieure à 100°C, atteint l’eau souvent présente en fond de cuve, se produit une
vaporisation explosive aux conséquences dramatiques.
Le même type de phénomène peut toutefois se produire avec des épandages de couches
minces, et même pour des hydrocarbures purs, les transferts de chaleur de type conductifs
vers la phase aqueuse devenant prépondérants.
Une étude systématique de cette situation bien spécifique est présentée ici.
Protocole expérimental
L’étude est menée à l’échelle laboratoire, ce qui assure un environnement calme, une flamme
stable, et des conditions de transferts thermiques en profondeur dans les phases liquides
pratiquement uniformes. L’analyse des résultats s’en trouve ainsi grandement facilitée.
Des cuves métalliques, de forme circulaire, de profondeur 6 cm et de différents diamètres, 15,
23, 30 et 50 cm, sont utilisées. Pour chaque diamètre de cuve, différentes épaisseurs de
combustible sont testées, comprises entre 2 et 15 mm. En cours de combustion, le niveau de
l’interface combustible/eau reste fixe. Le profil de température dans les deux phases liquides,
combustible et eau, est déterminé à l’aide d’un peigne de thermocouples chromel-alumel, de
diamètre 0,5 mm, disposés horizontalement et dont les têtes se trouvent positionnées selon
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