Manuel des tunnels routiers

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8.5. Ventilation

La ventilation des tunnels assure une double fonction :

Historiquement, la première raison pour laquelle des systèmes de ventilation ont été installés en tunnel a été la réduction des niveaux de pollution. Bien que les émissions de polluants par les véhicules routiers aient très fortement diminué au cours des dernières décennies, cette fonction reste importante et doit être étudiée avec attention lors de la conception de l'ouvrage. Dans certains cas, la ventilation naturelle due à l'effet de pistonnement des véhicules en mouvement peut être suffisante pour satisfaire aux exigences de qualité de l'air en exploitation normale. Les besoins en ventilation mécanique sont évalués en tenant compte de la longueur du tunnel et du type de circulation (unidirectionnelle ou bidirectionnelle) et de son régime d'écoulement (possibilité de congestion). Le rapport technique 2012R05FR "Tunnels routiers: émisions des véhicules et besoin en air pour la ventilation" présente les données nécessaires au dimensionnement du système de ventilation dans les tunnels routiers pour les conditions normales d'exploitation. Il vise à définir les quantités minimum d'air frais nécessaires pour assurer le respect des seuils de qualité de l'air et de visibilité en tunnel. Le rapport donne les valeurs des concentrations admissibles des émissions de gaz toxiques et de particules. Le rapport tient compte des évolutions de la législation rendue plus sévère sur les facteurs d'émission ainsi que des évolutions technologiques des véhicules. En annexe, il présente les facteurs d'émission propres à certains pays ainsi que les tableaux d'émission pour les normes Euro.

Les capacités requises pour la ventilation d'urgence, particulièrement en cas d'incendie, sont également liés à la présence d'autres équipements ou aménagements, comme les issues de secours par exemple, qui devront également être pris en compte. La ventilation naturelle peut suffire dans certains cas, mais une ventilation mécanique est souvent nécessaire pour les tunnels dépassant quelques centaines de mètres de longueur.

Différentes stratégies de ventilation peuvent être employées en tunnel. Le choix parmi celles-ci est généralement guidé par les considérations de sécurité incendie ; l'utilisation du système en conditions normales est ensuite adaptée: se référer au Chapitre V "Ventilation pour la maîtrise des incendies et des fumées" du rapport 05.05.B 1999.

La stratégie longitudinale consiste à créer un courant d'air longitudinal dans le tunnel, afin de repousser toutes les fumées, produites par un véhicule en feu, d'un seul côté du foyer. Si des usagers sont présents de ce côté, ils peuvent être affectés par des gaz toxiques et une visibilité réduite ; c'est pourquoi cette stratégie doit être employée avec la plus grande prudence dans les tunnels bidirectionnels ou congestionnés. La vitesse d'air minimale pour un bon contrôle des fumées dépend de l'incendie de dimensionnement et de la géométrie du tunnel (pente, profil en travers).

La stratégie transversale tire profit de la flottabilité des fumées d'incendie : celles-ci tendent à se concentrer en partie haute du tunnel, d'où elles peuvent être extraites mécaniquement. Le système est conçu de manière à préserver une couche d'air frais (visibilité correcte, faible toxicité) en partie basse de l'ouvrage pour permettre l'auto-évacuation. Il est donc important de maintenir un courant d'air longitudinal aussi faible que possible à proximité du feu pour éviter la déstratification et une propagation longitudinale excessive des fumées. Cette stratégie est applicable dans n'importe quel tunnel mais la conception, la réalisation et l'exploitation du système sont plus difficiles et plus coûteuses.

La conception d'un système de ventilation comprend le calcul de la capacité minimale du système en termes de poussée et/ou de débit, la conception du réseau de ventilation et le choix du matériel de ventilation adapté. Voir le Chapitre 4 du rapport 2006 05.16.B : Ventilation et ses annexes 12.3 "Dimensionnement des installations de ventilation longitudinale", 12.4. "Trappes d'extraction des fumées" et 12.6. "Impact sonore des accélérateurs". Le matériel doit répondre à un certain nombre d'exigences, notamment en matière de résistance au feu et de performance acoustique.

La conception de scénarios de ventilation appropriés pour chaque situation d'incendie possible est une étape très importante du processus : voir le Rapport technique 2011 R02 : Tunnels routiers : stratégies d'exploitation de la ventilation. Ces scénarios peuvent être simples, particulièrement lorsque la stratégie longitudinale est employée, ou mettre en jeu un grand nombre de mesures et d'équipements de ventilation pour des tunnels complexes ventilés transversalement.

Une approche descriptive a été traditionnellement adoptée pour définir les incendies de dimensionnement. Compte tenu de la large gamme de puissances rencontrées, il est clair que le choix d'un incendie de dimensionnement pour un tunnel donné n'est pas évident. Plusieurs facteurs tels que les types de véhicules autorisés, le système de ventilation, la géométrie du tunnel et les moyens de lutte contre le feu doivent être pris en considération, d'où l'intérêt d'appliquer une  méthodologie basée sur l'approche performantielle, telle que décrite dans le rapport technique 2017R01FR "Caractéristiques des incendies de dimensionnement en tunnels routiers".

L'optimisation de la commande de ventilation pour contrôler la qualité de l'air en exploitation normale est cruciale pour réduire la consommation énergétique ; il s'agit d'un enjeu important car cette consommation représente une part significative du coût d'exploitation d'un tunnel.

Les interactions de la conception d'un système de ventilation avec celle d'autres éléments du tunnel sont nombreuses et diverses. Dans le cas de la ventilation transversale, par exemple, les débits requis peuvent influer sur la section excavée, avec un impact potentiellement fort sur le côut du creusement. La ventilation représente également une part importante des besoins en alimentation électrique d'un tunnel. Elle interagit fortement avec d'autres équipements de sécurité tels que la détection d'incendie et les systèmes de lutte contre le feu : voir le Chapitre 5 « Les systèmes fixes de lutte contre l'incendie dans le cadre des systèmes de sécurité des tunnels » du rapport 2008 R07.

Les problèmes environnementaux liés à la ventilation, mis à part la consommation électrique et l'empreinte carbone associée, sont liés au rejet local et concentré d'air pollué par les têtes et les cheminées d'extraction. La réduction de leur impact sur le voisinage du tunnel fait partie d'une bonne conception environnementale : voir le Paragraphe 4.3. "Technique de dispersion de l'air des tunnels", le Paragraphe 4.6. "Aspects liés à l'exploitation" et l'Annexe D. "Aperçu de la modélisation de la dispersion pour la conception des systèmes de ventilation" du rapport 2008 R04.

Enfin, des parties d'un tunnel autres que l'espace trafic principal peuvent nécessiter une ventilation, en particulier les issues de secours : voir le Paragraphe 5.3. "Dimensionnement de l'itinéraire d'évacuation" du rapport 05.16.B 2006.