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Article

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

Transfert des connaissances à la situation d’incendie
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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5. Transfert des connaissances à la situation d’incendie

5.1 Modèles globaux de développement d’incendie

Les codes de calcul du développement d’un incendie dans des locaux de type pièce d’habitation ou établissement recevant du public ont pour objectif de calculer l’évolution au cours du temps des variables principales : températures, vitesses des gaz, flux thermiques, concentrations des gaz et des suies...

Deux stratégies ont été adoptées pour le développement de ces codes :

  • les modèles de zones reposent sur une décomposition du local (ou des locaux) en domaines qui échangent entre eux de l’énergie et de la matière. Dans chaque zone, l’évolution des variables est calculée par résolution d’équations de bilan ;

  • les modèles de champs qui découpent le local selon un maillage à trois dimensions et résolvent les équations différentielles de conservation de la masse, de la quantité de mouvement, des espèces et de l’énergie.

  • Les modèles de zones utilisent des descriptions des processus physico‐chimiques beaucoup moins détaillées que les modèles de champs. En particulier, certaines grandeurs caractéristiques des flammes (hauteur, entraînement d’air, énergie rayonnée...) sont déduites de relations empiriques établies sur des systèmes expérimentaux de dimensions variables. Ils en retirent comme principal avantage de pouvoir être utilisés sur des calculateurs moins performants, et par conséquent moins coûteux, avec des temps calcul et des occupations mémoire beaucoup plus faibles. Ils offrent également la possibilité de traiter des configurations plus complexes que les modèles de champs.

    L’objectif fixé au développement des codes globaux d’évolution d’un incendie est de fournir des moyens sûrs, rapides et peu coûteux d’évaluation des risques attachés à un type de configuration (taille et position des ouvertures, caractéristiques physico‐chimiques des murs, des objets...). Les modèles de zones semblent mieux adaptés à cette conception des problèmes et plusieurs codes ont été développés. Leurs structures générales sont très voisines : chaque processus physico‐chimique pris en compte dans le code est traité par un sous‐programme spécifique. On assure ainsi un caractère fortement évolutif. Les différences sont en général...

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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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