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1 - PROCESSUS MIS EN JEU

2 - MÉTHODES D’ÉTUDE

3 - GRANDEURS CARACTÉRISTIQUES

4 - MODÉLISATION

5 - TRANSFERT DES CONNAISSANCES À LA SITUATION D’INCENDIE

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AM3170 v1

Processus mis en jeu
Combustion des plastiques

Auteur(s) : Christian VOVELLE, Jean‐Louis DELFAU

Date de publication : 10 juil. 1997

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Auteur(s)

  • Christian VOVELLE : Directeur de recherche au CNRS (Centre national de la recherche scientifique)

  • Jean‐Louis DELFAU : Chargé de recherche au CNRS (Centre national de la recherche scientifique) - Laboratoire de combustion et systèmes réactifs (CNRS, Orléans)

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INTRODUCTION

L’usage des polymères synthétiques dans la vie courante s’est considérablement répandu pendant ces quarante dernières années. Ces matériaux possèdent en effet des propriétés mécaniques, thermiques, électriques... très intéressantes pour de nombreuses applications (habitat, transport, habillement, fabrication d’objets divers, etc.). Comparés à des matériaux plus traditionnels tels que l’acier ou des métaux non ferreux, les plastiques, présentent cependant un inconvénient majeur lié aux risques d’inflammation et de combustion. Quelques incendies dramatiques impliquant des plastiques ont malheureusement confirmé ces risques et fait prendre conscience de la nécessité d’établir une réglementation précisant les conditions d’utilisation de ces matériaux. Les groupes chargés d’établir des règles ont été confrontés au problème du choix de conditions d’essais des matériaux et de critères d’appréciation des risques. Un compromis devait être trouvé entre la facilité de mise en œuvre des essais, la précision des mesures effectuées et le caractère représentatif d’une situation réelle d’incendie. Une meilleure connaissance des processus impliqués dans le développement d’un incendie s’est avérée nécessaire pour orienter ces choix et accroître leur fiabilité.

Pour répondre à ces besoins, des programmes de recherche sur les incendies ont été initiés à partir des années 60 aux États‐Unis, en Grande‐Bretagne, au Japon, puis à partir des années 70 en France. Trois voies principales d’investigation ont été considérées dans ces programmes :

  • la réalisation d’essais à grande échelle ;

  • le développement de codes prédictifs ;

  • des études de laboratoire.

Les efforts conjugués dans ces trois domaines ont conduit à des progrès notables dans la connaissance des conditions de développement d’un incendie dans un local de type habitation (feux de compartiments). Les essais à grande échelle et les simulations numériques ont permis d’identifier les phénomènes prépondérants et de préciser le domaine de variation de grandeurs caractéristiques. Mais ces études directes du phénomène global ont fait apparaître également une extrême complexité liée aux couplages étroits entre flux de chaleur et flux de matière. Un des objectifs essentiels assignés aux expériences de laboratoire a donc été d’isoler les processus prépondérants afin de les étudier dans des conditions contrôlées. Parallèlement, des modèles spécifiques ont été développés et validés par comparaison aux mesures expérimentales. Les codes de calcul globaux bénéficient des progrès enregistrés au niveau de ces modèles spécifiques par une meilleure description des processus physico‐chimiques et, par suite, ils permettent une amélioration de la fiabilité.

La connaissance des mécanismes de combustion des plastiques a donc nettement progressé au cours de ces vingt dernières années. Il est maintenant possible de prédire, avec une précision raisonnable, le comportement de matériaux types placés dans des configurations bien définies. Il faut bien constater cependant que les plastiques utilisés dans la vie courante représentent une telle diversité de compositions (copolymères, présence d’additifs...), de natures physiques (matériaux massifs, films, fibres, mousses...), de géométrie, que beaucoup de travaux seront encore nécessaires avant d’assurer une prédiction certaine des conditions de naissance et de développement d’un feu dans une pièce d’habitation ou dans un local recevant du public.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3170


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1. Processus mis en jeu

Nous avons schématisé sur la figure 1 les principaux processus mis en jeu lors de la combustion d’un matériau plastique. Chaque processus identifié dans la première colonne est précisé d’un point de vue physico‐chimique dans la seconde. La troisième colonne regroupe les paramètres importants tandis que la quatrième mentionne les grandeurs caractéristiques.

Pour simplifier, nous décrirons la situation d’un objet soumis à un flux de chaleur provenant d’un autre foyer. Sous l’action du flux incident, le matériau va s’échauffer, essentiellement par conduction de la chaleur à partir de la surface exposée. Au‐delà d’une valeur critique de la température de surface, la dégradation thermique du matériau va donner naissance à une phase gazeuse. Le mélange des gaz de pyrolyse avec l’air conduit à la formation d’une phase gazeuse inflammable. L’inflammation peut être provoquée par une source (flamme, particule incandescente...) ou résulter de l’exothermicité des réactions chimiques d’oxydation (inflammation spontanée). La flamme produit un flux thermique qui s’ajoute au flux initial q ’’et contribue à sa propagation en surface.

Il se crée ainsi un nouveau foyer qui produit des gaz de combustion, mais surtout constitue une source de chaleur susceptible de provoquer à son tour l’inflammation d’autres éléments. Ce couplage : flux thermiques Û flux de gaz entraîne une accélération du phénomène global. Il constitue également une difficulté majeure des études relatives à l’incendie. C’est pour contourner cette difficulté que les expériences de laboratoire sont généralement conduites dans des conditions qui privilégient l’étude de l’un des processus identifiés sur la figure 1.

Il convient d’ajouter que la production de gaz de pyrolyse ne concerne pas seulement l’alimentation des flammes en combustibles. Elle peut avoir des conséquences très importantes par le caractère toxique de ces gaz. Les gaz produits au cours de la combustion peuvent avoir également des effets toxiques et/ou corrosifs. Cet aspect du problème a souvent été mis en avant comme une propriété très néfaste des plastiques. Sur ce point aussi, les travaux de recherche ont permis de progresser. On peut citer comme exemple le remplacement du polychlorure de...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ROCABOY (F.) -   Comportement thermique des polymères synthétiques.  -  Tome I. Polymères à chaînes carbonées. 301 p., Masson et Cie, Paris (1972).

  • (2) - MITA (I.) -   Effects of structure on degradation and stability of polymers.  -  Dans : JELLINEK (H.H.G.). – Aspects of degradation and stabilization of polymers. (Aspects de la dégradation et de la stabilisation de polymères), 690 p., Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam (1978).

  • (3) - FREEMAN (E.S.), CARROLL (B.) -   The Application of Thermoanalytical Techniques to Reaction Kinetics. The Thermogravimetric Evaluation of the Kinetics of the Decomposition of Calcium Oxalate Monohydrate.  -  (L’application des techniques thermoanalytiques à la cinétique. Détermination par thermogravimétrie de la cinétique de décomposition de l’oxalate de calcium monohydraté). J. Phys. Chem., 62, p. 394-397 (1958).

  • (4) - MICHELSON (R.W.), EINHORN (I.N.) -   The Kinetics of Polymer Decomposition through Thermogravimetric Analysis.  -  (Utilisation de l’analyse thermogravimétrique pour la détermination de la cinétique de décomposition des polymères). Thermochimica Acta, 1, p. 147‐158, Elsevier Publishing Company, Amsterdam (1970).

  • ...

ANNEXES

    1. 2 Organismes

      Revues

      * - Combustion Science and Technology

      * - Combustion and Flame

      * - Journal of Fire Sciences http://jfs.sagepub.com

      * - Fire Safety Journal

      HAUT DE PAGE

      2 Organismes

      International Association for Fire Safety Science (IAFSS) http://www.iafss.org

      Combustion Institute http://www.combustioninstitute.com

      Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) http://www.cstb.fr

      Institut national de l’environnement industriel et des risques (INERIS) http://www.ineris.fr

      Laboratoire national d’essais (LNE) http://www.lne.fr

      Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie( CORIA, UMR CNRS 6614) http://www.coria.fr

      Laboratoire de combustion et de détonique ( LCD, UPR CNRS 9028) http://www.lcd.ensma.fr

      Laboratoire de combustion et systèmes réactifs (LCSR, UPR CNRS 4211) http://web.cnrs.orleans.fr/~weblcsr

      HAUT DE PAGE

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