MÉTIERSVENTILATION & FLOWS

Ventilation, Aéro- et Thermodynamique, Simulations et tests incendie, Évacuation, Flux des personnes

VENTILATION & FLOWS

La mobilité croissante des personnes et des marchandises, l’augmentation de la vitesse des transports ou encore le développement de sections en tunnel plus longues et nombreuses sont quelques-uns des facteurs qui poussent constructeurs et exploitants à améliorer continuellement leurs infrastructures et systèmes de transport. Ces évolutions impliquent de porter une attention particulière à l’amélioration de la sécurité des personnes et des infrastructures. En effet, dans les tunnels, gares ou autres bâtiments fermés, les différents flux (phénomènes aérodynamiques et thermiques, propagation des fumées en cas d’incendie, ventilation, flux piétonniers, etc.) jouent un rôle déterminant et doivent être pris en considération dès le début de la conception de nouveaux systèmes de transport ou d’ouvrages en souterrain, ainsi que lors de la modernisation d’infrastructures existantes.

Notre équipe de spécialistes traite quotidiennement l’ensemble des phénomènes de flux. Ils réalisent des études et des projets d’aérodynamique, de thermique et de ventilation ainsi que d’évacuation et de gestion des flux de personnes. Pour ce faire, ils s’appuient sur des calculs, des modèles théoriques, des mesures expérimentales et des simulations numériques réalisées avec des logiciels connus. GESTE a notamment participé au développement de logiciels de simulation.

Domaines d'activités

  • Tunnels ferroviaires, métro, routiers et fluviaux
  • Gares et stations
  • Dépôts, parkings et garages
  • Infrastructures souterraines
  • Patinoires, stades, théâtres et autres bâtiments à grande capacité de personnes
  • Centres commerciaux, bureaux, écoles, crèches et autres bâtiments recevant du public
  • Bâtiments industriels
  • Espaces fermés
  • Véhicules conventionnels, autonomes ou innovants

Systèmes et équipements

  • Équipements de ventilation sanitaire et de lutte contre l'incendie
  • Équipements de refroidissement et de climatisation
  • Équipements de détection et de mesure
  • Équipements de lutte contre l'incendie
  • SCADA

Prestations

VENTILATION GARES ET TUNNELS, DÉSENFUMAGE, REFROIDISSEMENT, CLIMAT, CVSE (CHAUFFAGE, VENTILATION, SANITAIRE, ÉLECTRICITÉ)

  • Prestations d'ingénierie des études préliminaires, aux essais et à la mise en service
  • Gestion de projet, maîtrise d’œuvre, assistance à la maîtrise d’ouvrage
  • Conseils, expertises, audits

 

PARTICIPATION À DES PROGRAMMES DE R&D

  • Modélisation et développement de software ad hoc, en interne ou dans le cadre de programmes de R&D en collaboration avec des centres de recherche
  • Collaboration avec universités et écoles polytechniques, dont en particulier l'EPFL
  • Participation à des programmes de recherche et développement

 

SIMULATIONS NUMÉRIQUES ET ESSAIS

  • Simulations numériques stationnaires et instationnaires de géométries simples et complexes (1D, 2D et 3D)
  • CFD
  • Simulations aérodynamiques, aérauliques et thermodynamiques
  • Simulations de propagation des fumées et de désenfumage
  • Simulations de flux piétonniers et de l'évacuation des personnes
  • Essais d'incendie (fumées froides et chaudes)
  • Mesure des champs aérodynamiques (vitesse de l'air, pression, température, humidité)

 

ÉTUDES AÉRODYNAMIQUES, AÉRAULIQUES ET THERMODYNAMIQUES

  • Pour des véhicules en mouvement en tunnel: calcul des forces aérodynamiques, des ondes de pression, des champs thermiques, etc. et de leur impact sur les personnes et l’infrastructure
  • Évaluation du confort tympanique et optimisation aéraulique de la section du tunnel, des rameaux anti-pistonnement, des puits d'aération et d'autres choix géométriques
  • Calcul des charges de pression sur les portes palières, les équipements et les ventilateurs
  • Calcul de l'évolution à long terme de la température de l'air et de la roche d'un réseau de tunnels et gares souterraines

 

ÉTUDES DE PROPAGATION DES FUMÉES ET DE DÉSENFUMAGE

  • Simulations d’incendie et propagation des fumées, sans ou avec équipements de ventilation
  • Simulation de l'évacuation des personnes
  • Simulation de l'évolution de la température dans les infrastructures et calcul de la résistance au feu des matériaux
  • Concepts de protection incendie
  • Concepts d’extraction des fumées et d’évacuation d’urgence des passagers, concepts de ventilation des tunnels
  • Dimensionnement et conception de systèmes de ventilation et d’extraction des fumées

 

FLUX PIÉTONNIERS ET ÉVACUATION DES PERSONNES

  • Simulations des flux piétonniers en exploitation normale et en cas d'urgence
  • Simulations de l’évacuation des personnes et analyse des flux piétonniers dans des bâtiments complexes (gares, stades, espaces souterrains, etc.)
  • Calcul des temps de parcours et optimisation des infrastructures (largeurs des passages, nombre et largeur des rampes, escaliers, escalateurs et ascenseurs; positionnement et dimensionnement des voies et sorties de secours, etc.)
  • Concept de sécurité, d’évacuation des personnes et d’intervention des secours

Software

LOGICIELS DÉVELOPPÉS EN INTERNE

GESTE a développé ses propres logiciels afin de disposer d'outils adaptés aux besoins de ses clients. Il s'agit des logiciels suivants:

  • TNT (Tunnel Nets & Trains) est un solveur aérodynamique 1D développé et validé par GESTE pour la simulation numérique d’écoulements compressibles et instationnaires induits par le mouvement de véhicules dans des espaces confinés à géométrie complexe tels que des tunnels routiers ou ferroviaires. Il simule aussi la propagation des fumées en cas d'incendie en tunnel, en tenant compte de la ventilation et des véhicules en mouvement. Il réalise également des simulations d'évacuation des personnes.
  • TunClim, entièrement développé et validé par GESTE, est un solveur thermodynamique 2x1D pour le calcul de l'évolution à long terme de la température de l'air et de la roche pour des réseaux de tunnels profonds. TunClim intègre des paramètres comme l'écoulement de l'air, l'humidité de l'air, les sources et puits de chaleur, les systèmes de chauffage/refroidissement.
  • NSMB-TNT: NSMB est un logiciel de CFD compressible et instationnaire développé entre autres par diverses universités (l'EPFL à Lausanne, le SERAM à Paris, l'IMFT à Toulouse et le KTH à Stockholm), un centre de recherche (le CERFACS à Toulouse) et divers partenaires industriels tels que EADS-France (Airbus France et EADS Space Technologies), SAAB Military Aircraft et CFS Engineering. Dans le cadre de son doctorat à l'EPFL, juste avant de créer GESTE, Michele Mossi réalisa un couplage dynamique des logiciels NSMB (3D) et TNT (1D) pour une étude précise des phénomènes aérodynamiques dans de longs tunnels, en simulant en 3D l'écoulement proche aux véhicules et en 1D l'écoulement éloigné. Ensuite, dans le cadre d'un projet de recherche parrainé par la Commission suisse pour la Technologie et l'Innovation (CTI), l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) et GESTE se sont associés pour poursuivre le développement de cet outil et l'adapter à la simulation d'incendies en tunnels longs.

AUTRES LOGICIELS DE TYPE CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS) UTILISÉS EN INTERNE

GESTE recourt également régulièrement à des logiciels commerciaux ou open-source. Pour des problèmes fluidodynamiques complexes, instationnaires et compressibles, sont utilisés les solveurs numériques 3D suivants:

  • Fire Dynamics Simulator (FDS) est un logiciel de mécanique des fluides dédié spécifiquement aux écoulements d’air induits par le développement d’incendies. Il résout numériquement une forme simplifiée des équations de Navier-Stokes adaptées aux débits à faible vitesse et thermo-pilotés en mettant l’accent sur le transport de la fumée et de la chaleur. Les approches de modélisation utilisées tiennent compte des phénomènes de turbulence, des réactions de combustion et du rayonnement thermique.
  • PyroSim est une interface graphique pour le logiciel FDS. Il permet de créer plus aisément des modèles complexes d'incendie (géométrie, maillage, caractéristiques des matériaux, courbe de croissance de la puissance thermique, scénario de l’incendie).
  • ANSYS Fluent et Simcenter STAR-CCM+ sont des logiciels capables de traiter des problèmes fluidiques complexes. Différents solveurs numériques 3D résolvent la physique d’écoulements instationnaires et compressibles. Des modèles spécifiques permettent de modéliser en particulier la turbulence, le transfert de chaleur, la combustion et les écoulements multi-phases.

SIMULATION DE FLUX PIÉTONNIERS

Pour la simulation des flux piétonniers, outre le modèle intégré dans TNT, GESTE utilise les logiciels commerciaux suivants:

  • SimWalk Transport est un logiciel commercial utilisé pour la simulation et l’analyse de mouvements de trains et véhicules routiers ainsi que de flux piétonniers; il est axé sur le domaine des infrastructures de transport. Il permet l'intégration de paramètres comme les horaires et la modélisation par microsimulation à base d'agents (chaque piéton est ainsi modélisé avec ses buts et son comportement propre). Ce type de modélisation permet ainsi de simuler de manière flexible et réaliste tant le comportement normal que les situations de panique dans des environnements complexes. GESTE utilise le logiciel SimWalk typiquement pour:
    • test de l'efficacité des issues de secours des gares ferroviaires, aéroports et autres bâtiments complexes,
    • planification urbaine,
    • ingénierie du trafic,
    • soutien à la conception architecturale des bâtiments et espaces publics, validation de concepts architecturaux,
    • simulation pédestre en architecture.
  • Pathfinder est un simulateur de flux piétonniers. Il contient une interface utilisateur pour extraire des bâtiments les espaces de circulation horizontale et verticale (escaliers, rampes, ascenseurs), paramétrer les caractéristiques des occupants (genre, vitesse de déplacement, comportement) et présenter des animations 3D réalistes. Il est utilisé pour évaluer le confort et la sécurité des piétons dans les ouvrages recevant du public (gares, aéroports, centres commerciaux, arènes sportives). 

VISUALISATION ET ANALYSE DES RÉSULTATS

Pour la visualisation et l'analyse des résultats, GESTE s'appuie sur les outils suivants:

    • Tecplot 360 est un logiciel de visualisation de données techniques utilisé entre autres pour l'analyse de données issues de la simulation numérique de problèmes de mécanique des fluides.
    • ParaView est un logiciel open-source et multi-plateforme d'analyse et de visualisation de données. L’exploitation des données peut être effectuée de manière interactive en 3D ou par programme à l’aide des capacités de traitement par lots. C'est un outil de post-traitement bien adapté à la simulation numérique de problèmes de mécanique des fluides.
    • Smokeview est un logiciel de visualisation utilisé pour afficher le résultat des simulations FDS.

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