Moyens Expérimentaux P-PRIME
L’ATG-DSC et la DSC sont des techniques d’analyse à l’échelle de la matière (~10 mg) permettant la mesure de la variation de masse et d’énergie d’un échantillon en fonction du temps pour une condition ambiante particulière (température et atmosphère). Il est ainsi possible d’en déterminer des paramètres cinétiques et des paramètres physiques.
Les panneaux radiants et la LIFT sont des techniques utilisées pour l’investigation de la dynamique de la flamme et de sa propagation sur un matériau (~1 kg et 750 cm²). Autrement dit, la vitesse de propagation, la chaleur émise par la flamme ou l’opacité et la composition des gaz sont, entre autres, des paramètres mesurables.
Le cône calorimètre permet l’étude du comportement au feu à l’échelle du matériau (~100 g et 100 cm²) quelle que soit l’orientation : horizontal à vertical. Il permet donc de mesurer les paramètres de combustibilité et d’inflammation des matériaux sur une plage de 5 à 100 kW/m².
À travers ces différents dispositifs de mesure de l’échelle de la matière jusqu’à l’échelle du produit fini, il est possible de mettre en place des dispositifs complémentaires spécifiques tels que :
L’analyse de gaz à Transformé de Fourier (IRTF) pouvant mesurer la composition des gaz chauds issues de la décomposition thermique à savoir le CO, CO2, O2, NO, NO2, CH4, C2H2, C2H6, C3H6, C3H8, N2O, NH3, HCN, SO2
La caméra haute vitesse afin de capter des phénomènes brefs bien précis comme le mécanisme de décomposition et d’inflammation ou l’écoulement gazeux à l’interface solide/gaz quelle que soit l’orientation du matériau (verticale ou horizontale) de l’échelle du matériau au produit fini.
La mesure de température à l’aide de thermocouple d’une gamme de diamètres de 100 µm à 3 mm. Les thermocouples de 100 µm offrent une fréquence d’acquisition de 50 Hz dans l’objectif de comprendre certains phénomènes physiques tels que l’inflammation ou la propagation de chaleur dans la phase solide entre autres.
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Moyens Expérimentaux UMET
- Tests de comportement au feu à petite échelle
L’ATG-DSC et la DSC sont des techniques d’analyse à l’échelle de la matière (~10 mg) permettant la mesure de la variation de masse et d’énergie d’un échantillon en fonction du temps pour une condition ambiante particulière (température et atmosphère). Il est ainsi possible d’en déterminer des paramètres cinétiques et des paramètres physiques.
Limiting Oxygen Index (LOI) :
Il s’agit d’un test normé permettant de mesurer, dans des conditions spécifiques, la quantité minimum d’oxygène dans l’air pouvant entraîner la combustion d’un échantillon.
UL 94 :
L’UL 94 est un test normé permettant de caractériser l’inflammabilité d’un échantillon. Il prend en compte des critères tels que le temps d’arrêt de la combustion ou la chute de goutte enflammée.
- Reproduction de tests normés à petite échelle :
En plus des tests standards, l’UMET a développé un certain nombre de bancs d’essais permettant de simuler différents types de scénarios feu et, notamment, de se placer dans des conditions de feux extrêmes. Il s’agit souvent de tests reproduisant à petite échelle les conditions expérimentales de tests normés. Ces bancs d’essais sont instrumentés par de nombreux dispositifs de contrôle : débitmètres, opacimètre, capteurs de pression, analyseurs d’oxygène et de dioxyde de carbone, caméra infrarouge, etc. Parmi ces bancs d’essais, on peut citer :
Le banc d’essais au propane : sa flamme air-propane est caractérisée par un flux de chaleur conforme à celui de certifications aéronautiques ; il permet l’étude du comportement thermo-physique de composites soumis à un feu.
Le banc d’essais basé sur la norme SBI (Single Burning Item).
Le banc d’essais basé sur l’EN 50399 : il permet l’étude simultanée de la propagation de la flamme et de la vitesse de dégagement de chaleur pendant la combustion.
Le banc d’essais Jet Fire : il s’agit d’une imitation à petite échelle d’un feu de carburant ; ce banc permet d’atteindre un flux de chaleur de 400 kW.m-2.
- Détermination des propriétés physico-chimiques
Laser Flash Analysis (LFA) :
Le LFA permet de mesurer la diffusivité thermique d’un échantillon. Un faisceau laser est envoyé d’un côté de l’échantillon et la vitesse d’augmentation de la température de l’autre côté de l’échantillon d’épaisseur connue due à l’énergie reçue permet de calculer la diffusivité.
Banc optique :
C et appareil permet de mesurer l’émissivité d’un échantillon. Un faisceau laser est envoyé sur l’échantillon et un détecteur permet de mesurer la quantité de lumière réfléchie dans une large gamme de longueurs d’onde (de 7500 à 400 cm-1). L’émissivité est alors calculée en comparant les résultats obtenus pour l’échantillon et ceux obtenus pour un corps noir. Les mesures peuvent être effectuées à température ambiante ou en fonction de la température (jusqu’à 800°C).
Transient Plane Source (TPS) :
Cet appareil permet de mesurer la conductivité thermique d’un échantillon en fonction de la température (de 20 à 700°C).
- Analyses thermiques
Analyse Thermo-Gravimétrique (ATG) :
L’ATG permet de suivre la perte de masse d’un échantillon sous l’effet d’une rampe de température. Les tests peuvent être effectués sous différentes atmosphères (azote ou air). L’appareil permet d’atteindre une température de 1100°C et des vitesses de chauffe comprises entre 0,1 et 500°C.min-1. Différents phénomènes peuvent ainsi être étudiés : déshydratation, cinétiques de réaction, stabilité thermique, etc.
Differential Scanning Calorimetry (DSC) :
La DSC mesure les différences d’échange de chaleur entre l’échantillon à analyser et une référence sous l’effet d’une rampe de température. Elle permet d’étudier des phénomènes tels que les changements de phase et d’accéder à différentes grandeurs : température de transition vitreuse, température de fusion, température de cristallisation, chaleur spécifique, vitesse de polymérisation, degré de polymérisation, cinétiques de réaction, etc.
Simultaneous Thermal Analysis (STA) :
Il s’agit de la combinaison d’une DSC haute performance et d’une thermobalance à résolution au nanogramme. La STA comporte deux fours, un en acier et un en platine, ce qui permet d’avoir accès à des températures allant de – 150°C à 1500°C. Cet appareil permet de coupler des mesures de DSC (comportement de fusion et de cristallisation, transition vitreuse, capacité thermique spécifique, etc.) avec des mesures d’ATG (variations de masse, comportement en oxydation, décomposition, etc.).
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Moyens Expérimentaux Efectis
- Essai LEPIR II :
L’isolation par les façades ne doit pas constituer un risque supplémentaire pour la sécurité incendie et en particulier concernent la non-propagation du feu d’un étage à l’autre. En France, la vérification expérimentale doit être réalisée au moyen d’un bâtiment (banc d’essai de façade) appelé Local Expérimental Pour Incendie Réel à 2 niveaux ou LEPIR 2.
Les dimensions de la façade testées sont de 5.5m de large et environ 7.0m de haut, correspondant à 2 étages complet (N et N+1) et un demi niveau (N+2). Le foyer est constitué de deux bûchers de 600kg de bois placés dans un compartiment ouvert sur l’extérieur produisant ainsi d’imposantes flammes à l’extérieur. Le comportement de la façade est alors évalué au minimum durant 30 minutes. Si après ces 30 minutes, le feu n’a pas atteint l’allège du niveau N+2 et que l’étanchéité au nez de dalle du niveau N+1 est assurée, alors le système de façade étudié est considéré conforme aux exigences réglementaires.
Les résultats obtenus à l’issue de l’essai permettent de valider ou non le bon comportement d’une solution constructive complète testée et son aptitude à limiter la propagation du feu.
Autres moyens d’essais disponibles pour le comportement au feu des façades :
Le laboratoire d’Efectis dispose également d’autres moyens d’essais pour évaluer la performance au feu des systèmes de façade, qui pourront être mis à contribution dans le projet.
Notamment, le laboratoire est équipé des dispositifs permettant de réaliser des essais selon les normes BS 8414-1 ou -2 et ISO13785-1. Ils correspondent respectivement à des essais à grande échelle selon le référentiel britannique et à échelle intermédiaire pouvant être utilisé pour des essais d’orientation.
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Le modèle FDS (Efectis)
Fire Dynamics Simulator (FDS) est un code de simulation numérique tridimensionnelle en dynamique des fluides (CFD – Computational Fluid Dynamics), destiné à prédire les écoulements représentatifs des situations d’incendie. Il est développé depuis 25 ans par l’institut américain NIST (National Institue of Standards and Technology) et est largement utilisé par la communauté scientifique et les ingénieurs en sécuité incendie.
FDS permet de modéliser les phénomènes thermiques, aérauliques et de combustion tels que le transport de la chaleur et des produits de combustion du feu, les transfert radiatif et transfert de chaleur par convection entre le gaz et les surfaces solides ; la prolyse des solides, la croissance et la propagation de la flamme et du feu, le sprinklage, la détection et l’activation de détecteurs de fumée. Il a été ainsi validé pour la modélisation du désenfumage, de la propaagtion de l’incendie dans un commpartiment ou le long d’une façade.
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