Le contexte

En 2016, Colas Rail a confié à FluidAlp une mission d’études relatives à la réalisation du système de ventilation des extensions A et C du métro d’Alger. La conduite de ces projets est assurée par différents maîtres d’oeuvre sous l’autorité de l’Entreprise du Métro d’Alger (EMA).

Colas Rail est en charge de la mise en place des équipements (ferroviaires, électriques et mécaniques) dans ces deux extensions. La mission confiée à FluidAlp concerne initialement la réalisation de simulations tridimensionnelles afin de caractériser les performances du système de ventilation mécanique dans la fonction de maîtrise du mouvement des fumées en situation d’incendie.

Le tronçon central de la ligne 1 du métro d’Alger a été mise en service en 2011. L’extension B vers El Harrach Centre a été achevée en 2015. Les extensions A et C sont en service depuis 2018.

Réseau du métro d’Alger et localisation des extensions A et C

Le réseau et le système de ventilation mécanique

Le réseau est généralement souterrain.  Chaque tronçon de tunnel ne comporte qu’un seul tube. La capacité de ventilation est répartie entre les stations et les tunnels (puits).

Ce schéma a été reproduit sur les extensions A et C.

La structure des stations

Sur l’extension C, la structure des stations est relativement complexe (stations de Gué de Constantine et de Aïn Naadja). Chacune d’entre elle comporte plusieurs niveaux séparés par des trémies d’escaliers de grandes dimensions. L’analyse de ces dispositions montre qu’il est très difficile d’assurer un contrôle du mouvement des fumées d’un incendie permettant de sécuriser les cheminements d’évacuation.

Vue du niveau des quais de la station Aïn Naadja à la fin des travaux de génie civil

Vue du niveau des quais de la station Gué de Constantine à la fin des travaux de génie civil

Structure de la station Gué de Constantine (FluidAlp3D)

Structure de la station Aïn Naadja (FluidAlp3D)

Sur l’extension A, la structure des stations est en revanche plus simple. Le volume des quais est constitué d’une voûte de grandes dimensions (la station Place des Martyrs est l’un des volumes excavés les plus importants dans un réseau de métro). Les accès aux quais sont réalisés par des plate-formes au-dessus des voies aux extrémités (station Ali Boumendjel) ou dans la partie centrale (station Place des Martyrs).

L’accès aux stations est généralement complexe. Il emprunte des couloirs et des escaliers relativement longs (station Ali Boumendjel) ou traverse un centre commercial souterrain (station Place des Martyrs).

Vue du volume des quais de la station Ali Boumendjel

Les simulations  numériques d’incendie et de ventilation

Deux séries de simulations ont été réalisées dans le cadre de la demande initiale:

  • Des calculs unidimensionnels destinés à vérifier la capacité du système de ventilation mécanique à contrôler la vitesse critique dans chacun des tunnels;
  • Des simulations tridimensionnelles des stations permettant de caractériser les conditions d’vacuation du public en situation d’incendie.

La première série de calculs confirme généralement la pertinence du dimensionnement aéraulique des puits de ventilation et précise les configurations de mise en oeuvre. En revanche, la seconde montre que les scénarios d’incendie les plus critiques (feux de rames en particulier) mettent le système de désenfumage en difficulté, notamment dans les stations de l’extension C. Ces situations sont généralement liées à un défaut de maîtrise des flux dans les tunnels et surtout à la complexité géométrique des volumes internes.

FluidAlp propose la mise en place d’une démarche d’ingénierie performantielle destinée à rechercher les dispositions permettant d’améliorer les situations constatées. Cette démarche est portée par Colas Rail et approuvée par l’EMA et les services de la Protection Civile concernés.

L’approche performantielle

Cette démarche repose sur une analyse des flux identifiés lors de la première série de simulations. Lors de cette première étape, les conditions du développement de la stratification et du confinement des fumées avaient été identifiées et les conditions de ventilation des tunnels avaient été ajustées. En revanche, les simulations montrent que l’agencement interne des stations ne permet pas aux phénomènes de se développer (dalles intermédiaires, escaliers, etc.).

Une nouvelle analyse des flux internes est réalisée à l’aide des codes FluidAlp3D (qui est amélioré à cette occasion) et FluidAlp1D. Elle permet de proposer des aménagements complémentaires (pose d’écrans et obturation de certaines ouvertures) et d’ajuster la capacité de ventilation mécanique (création de nouveaux points d’extraction et accroissement du débit installé).

Les nouvelles simulations tridimensionnelles montrent que ces dispositions permettent de libérer les voies d’évacuation et d’optimiser l’efficacité de l’extraction des fumées.

Interface du logiciel FluidAlp3D

Résultats d’une simulation numérique d’incendie dans la station Place des Martyrs

Ventilateurs à la station Gué de Constantine

Les travaux et les premiers essais

A la suite de la validation de l’EMA, Colas Rail procède au dimensionnement, à la commande, l’acheminement et la pose des ventilateurs. Les premiers essais concernent ensuite la mesure du débit des machines.

Les mesures sont confiées à la société Efectis France.

Elles confirment la disponibilité des capacités définies lors des études. Les flux mesurés dans différentes sections de chacune des stations sont conformes aux besoins.

Ces résultats permettent la préparation des essais d’incendie.

 

Les essais de désenfumage

Ils sont réalisés à l’aide du mélange Chardot. Ils sont généralement réalisés par la société Efectis France en présence du maître d’ouvrage, de l’exploitant et des représentants de la sécurité civile.

Vues des fumées confinées et stratifiées lors d’un essai utilisant un bac Chardot localisé sur un quai de la station Gué de Constantine

Essai réalisé au niveau billetterie de la station Gué de Constantine

Essai réalisé au niveau des commerces de la station Gué de Constantine

D’une façon générale, les phénomènes sur lesquels sont fondés les performances du désenfumage sont observés. La maîtrise des flux réalisée par les moyens de ventilation mécanique est conforme aux prédictions des simulations numériques tridimensionnelles. Des écarts significatifs ont été observés lors d’épisodes de ventilation naturelle marquée, notamment dans les niveaux supérieurs de stations (les volumes les plus exposés à ce type de perturbation aéraulique).

Les missions complémentaires: La gare ferroviaire de l’aéroport

A la demande de Colas Rail, FluidAlp est intervenue dans plusieurs missions complémentaires sur le réseau du métro et d’autres sites. La plus marquante est la conception du système de ventilation du tunnel et de la gare ferroviaires de l’aéroport.

 

Vue de la gare ferroviaire de l’aéroport d’Alger

Colas Rail est mandatée par l’Anesrif (Agence Nationale d’Etudes et de Suivi de la Réalisation des Investissements Ferroviaires) pour proposer et mettre en place un système de ventilation mécanique destiné au désenfumage du tunnel et de la gare, les dispositions précédentes ayant été jugées peu efficaces par la Sécurité Civile.

Colas Rail et FluidAlp étudient donc un système en deux phases:

  • Pour la mise en exploitation, une ventilation longitudinale affectant tous les volumes confinés (accélérateurs dans le tunnel et dans le volume des quais), la capacité dans le volume des quais ayant vocation à maîtriser le mouvement des fumées dans le volume de la gare;
  • A plus long terme, les moyens de ventilation longitudinale dans la gare doivent être remplacés par un système transversal.

Les études sont réalisées à l’aide du code FluidAlp1D (réseau maillé) et du code FDS.

Les performances obtenues dans la première configuration permettent de proposer une solution provisoire jugée acceptable par la Sécurité Civile (une issue de secours est située à l’extrémité des quais, du côté du tunnel). Celle-ci est donc mise en place et les réglages de la poussée réalisés sur site à l’occasion d’une campagne d’essais aérauliques. Les essais mettant en oeuvre le mélange Chardot sont réalisés devant les autorités et permettent de valider les dipositions techniques provisoires.

Maquette numérique de la gare ferroviaire de l’aéroport d’Alger (FluidAlp3D)

Essai de désenfumage dans le hall en extrémité du volume des quais