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RÉSUMÉ
Les matériaux polymères sont massivement utilisés dans de nombreux secteurs d’activité. Cependant, ils brûlent facilement car ils sont porteurs d’une charge combustible importante. Il est donc nécessaire d’améliorer leur comportement au feu par ajout de composés ignifugeants appelés retardateurs de flamme, le but étant de neutraliser ou de retarder la combustion, et de réduire l’émission de fumées. Après avoir rappelé les méthodes principales de synthèse des polymères, une grande partie de cet article est consacrée à la combustion des polymères dans laquelle sont détaillés les différents processus mis en jeu. Enfin les stratégies d’ignifugation de ces matériaux ainsi que les mécanismes d’action des retardateurs de flamme sont présentés.
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Christelle VAGNER : Maître de conférences, Docteur en Chimie-Physique - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 - Université de Lorraine/CentraleSupélec - Laboratoire MADIREL UMR 7246, Aix Marseille Université, Marseille, France
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Marianne COCHEZ : Maître de conférences, Docteur en Chimie des Matériaux - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 - Université de Lorraine/CentraleSupélec, Metz, France
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Henri VAHABI : Maître de conférences, Docteur en Chimie et Physico-Chime des Matériaux - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 - Université de Lorraine/CentraleSupélec, Metz, France
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Michel FERRIOL : Professeur des Universités, Docteur d’État ès-Sciences - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 - Université de Lorraine/CentraleSupélec, Metz, France
INTRODUCTION
Les matériaux polymères ont envahi notre vie quotidienne, mais ils sont également de plus en plus utilisés pour des applications de haute technicité (industrie automobile, aéronautique, articles de sport notamment). Possédant une forte charge en carbone et hydrogène, ce sont des matériaux particulièrement combustibles. Outre les atteintes directes aux biens, à la santé et à la vie des personnes, les incendies peuvent avoir des répercussions non négligeables en termes de développement durable (destruction totale ou partielle d’infrastructures) et d’environnement (production et dissémination de composés toxiques et/ou corrosifs : monoxyde de carbone, dioxines, cyanure d’hydrogène, composés aromatiques polycycliques…).
Cet article a pour but de présenter aux ingénieurs et techniciens ayant des connaissances de base en chimie, les différents processus et mécanismes liés à la décomposition thermique et à la combustion des polymères ainsi que les principales solutions développées afin de leur procurer une résistance au feu accrue et permettre, en cas d’incendie, une meilleure protection des biens et des personnes. La grande diversité des matériaux polymères utilisés (copolymères, présence d’additifs ou renforts…) en ce qui concerne leur composition ou leur forme (fibres, mousses, films, massifs…) ne permet pas le développement de solutions universelles et nécessite une adaptation et une mise au point particulière à chaque cas de figure. C’est pour cela qu’il est nécessaire de bien appréhender tous les aspects chimiques de la question et, notamment, de la synthèse de ces matériaux qui leur confère de si remarquables combinaisons de propriétés.
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1. Polymères et matières plastiques
1.1 Polymères
La notion de polymère, telle qu’on la conçoit aujourd’hui, est due à Hermann Staudinger (prix nobel de Chimie en 1953) qui a démontré, dans les années 1920, l’existence des macromolécules constitutives des polymères. Ainsi, un polymère est une substance composée de macromolécules formées par la répétition d’unités monomères (groupes d’atomes) liées par des liaisons covalentes. Le nombre d’unités monomères contenues dans la macromolécule est appelé degré de polymérisation. Il peut atteindre des valeurs de plusieurs dizaines de mille, voire cent mille.
HAUT DE PAGE1.1.2 Classifications des polymères
La première classification des polymères a trait à leur origine. On distingue ainsi :
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les polymères naturels : polysaccharides comme la cellulose ou l’amidon, acides nucléiques comme l’ADN, protéines comme la laine ou la soie, caoutchouc naturel… ;
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les polymères artificiels correspondant à des modifications chimiques de polymères naturels comme, par exemple, l’acétate de cellulose ou la nitrocellulose, la rayonne (soie artificielle obtenue à partir de cellulose et de collodion) ;
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les polymères synthétiques obtenus à partir de monomères issus de la pétrochimie dont par exemple : le poly(éthylène) ou PE, les poly(amides) ou PA (nylons), le poly(chlorure de vinyle) ou PVC, le poly(styrène) ou PS… Il y a une très grande variété de polymères synthétiques, variété liée à la grande diversité des molécules polymérisables. Le développement de ce type de polymères est également dû au fait que leurs caractéristiques mécaniques sont supérieures à celles des autres catégories de polymères et que leurs propriétés n’ont cessé d’être améliorées au cours du temps.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MERCIER (J.P.), MARECHAL (E.) - Chimie des Polymères : synthèses, réactions, dégradations. - Traité des Matériaux, 13, Presses Polytechniques et Universitaires Romanes (1996).
-
(2) - HALARY (J.L.), LAUPRETRE (F.) - De la macromolécule au matériau polymère. - Belin (2006).
-
(3) - FONTANILLE (M.), GNANOU (M.) - Chimie et physico-chimie des polymères. - Dunod 2e édition (2010).
-
(4) - LYON (R.), QUINTIERE (J.) - Criteria for piloted ignition of combustible solids. - Combust. flame, 151, p. 551-559 (2007).
-
(5) - LYON (R.E.), JANSSENS (M.L.) - Polymer flammability - (2005).
-
(6) - Groupe Lyonnais de Chimie Macromoléculaire - Les hauts polymères thermostables. - Editions...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Groupe Rockwool
Site d’études de marché
Flame retardants-online
http://www.flameretardants-online.com
Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants
INRS Institut national de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles
Flame retardancy of polymers
HAUT DE PAGE
Congrès FRPM (Fire Retardancy and Protection of Materials) a lieu tous les deux ans en Europe.
Congrès MoDeSt (Modification, Degradation and Stabilization on Polymers) a lieu tous les deux ans en Europe.
[ http://www.modest-society.org/]
Congrès Eurofillers a lieu tous les deux ans en Europe.
Congrès BCC (Conference on Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric Materials)...
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