Contribution à l’étude de l’intumescence pour la protection au feu : application au jet-fire

Investigation of intumescent coatings for fire protection : application to jet-fire

• Auteur / Autrice : Jérémy Ciret
• Direction : Serge Bourbigot, Sophie Duquesne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matières condensées
• Date : Soutenance le 16/02/2010
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxyde de titane

Polyols

Incendies -- Extinction

Rayons X -- Diffraction

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Ignifugeants

Intumescence (chimie)

Pyrolyse

Résines époxydes

Mots clés libres

Phosphate d'ammonium

Feux d'hydrocarbures

Résumé

Cette étude s’intéresse aux comportements de 4 peintures intumescentes développées pour protéger des plateformes offshores et susceptibles de résister aux « jet-fires ». Un jet-fire peut intervenir sur un site pétrochimique suite à une fuite d’hydrocarbures sous pression et causer de sérieux dommages de part la chaleur dégagées et surtout la quantité de mouvement générées. Les aspects physiques et chimiques de ces formulations ont été développés permettant de mettre en avant les effets du pentaérythritol sur le comportement viscoélastiques et le processus d’intumescence. Par diffraction des rayons X et par RMN à l’état solide, nous avons montré les interactions entre ammonium et polyphosphate et différentes sources de carbones (pentaérythritol, dipentaérythritol, réseau époxyde) permettant la formation d’un char. Les résidus phosphorés réagissent ensuite avec TiO2 pour former une structure cristalline TiP2O7 suspectées d’améliorer la résistance au feu et la résistance mécanique du char. Des tests feu ont confirmés ces améliorations. Dans un dernier chapitre nous avons développé un test permettant de reproduire à l’échelle laboratoire les phénomènes radiatifs et convectifs du jet-fire. Les premiers résultats ont montré de bonnes corrélations entre les observations faites à grande échelle et celles réalisées au laboratoire.

The aim of this study is to understand and to explain behaviours exhibited by four epoxy based intumescent formulations used on offshore platforms facing to jet-fire. A jet-fire is a turbulent diffusion flame resulting from the combustion of a fuel continuously released with some significant momentum. It represents a significant element of the risk on offshore installations. Regarding the formulation studied, we have developed three approaches. Firstly, the visco-elastic behaviour and mechanical resistance of the formulations have been investigated. The results show that pentaerythritol causes a viscosity decrease at lower temperature that appears as prejudicial to maintain efficient char on steel substrate. In a second part, chemical evolutions of the intumescent formulation have been determined thanks to solid-state NMR and X-Ray diffraction. Interactions between ammonium polyphosphate and respective carbon sources present in formulations have been assumed, yielding to the formation of char and production of phosphorus residues. Then these phosphorus residues react at high temperature with TiO2 to form a crystalline structure TiP2O7 suspected to enhance mechanical properties and flame retardant performance. In a last part, furnace fire tests confirm this enhancement. Furthermore a new small-scale experimental setup is developed mimicking large scale jet-fire resistance test in order to obtain rapidly and at low cost reliable behaviours of a large number of formulations facing to high load mixing radiative heat and flame impact. First results have been correlated with the large-scale ones and different geometries have been considered.