Caractérisation expérimentale et détermination des paramètres cinétiques de la décomposition thermique du polyméthracrylate de méthyle

Experimental characterization and determination of the kinetic parameters of the thermal decomposition of the polymethylmethacrylate

• Auteur / Autrice : Maguy Comuce
• Direction : Patrick Rousseaux, Thomas Rogaume
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes génétiques

Matériaux -- Propriétés thermiques

Essais de comportement au feu

Réactions chimiques -- Mécanismes

Matières plastiques

Mots clés libres

Matières plastiques

Mécanismes réactionnels

Comportement au feu

Algorithmes génétiques

Cône calorimètre

Incendie

Résumé

Le travail réalisé s'inscrit dans le cadre du projet "Compfeu" de l'Agence Nationale de la Recherche, qui vise à proposer des modèles de simulation de la décomposition thermique des principaux matériaux de l'habitat en cas d'incendie. La présente étude a comme objectif le développement d'un modèle de pyrolyse du polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Notre démarche de travail est innovante au sein de la communauté internationale, car elle repose sur une démarche multi-échelles, tenant compte de l'évolution des propriétés thermiques, physiques et chimiques au cours de la décomposition du matériau. Notre travail a consisté à connaître les propriétés physico-chimiques de notre matériau. L'étude de la décomposition thermique du PMMA sous atmosphères inertes et oxydantes a été réalisée à l'échelle de la particule par l'intermédiaire d'analyses calorimétriques différentielles, d'analyses thermogravimétriques couplées à différents dispositifs d'analyse de gaz pour différentes vitesses de chauffage. La décomposition thermique du PMMA a été complétée par une étude à l'échelle du matériau à l'aide du cône calorimètre, couplé à une chaîne analytique. L'étude, à l'échelle de la particule, nous a permis de proposer un mécanisme de décomposition thermique du PMMA sous atmosphère inerte et sous atmosphère oxydante. La vitesse de chaque réaction de ce mécanisme est décrite par la loi d'Arrhenius. La détermination de ces paramètres stoechio-cinétiques a été réalisée par la méthode d'optimisation des algorithmes génétiques.

The achieved work is part of the project "Compfeu" of the National Research Agency, which aims to provide models for simulating of the thermal decomposition of the main materials of the housing environment in case of fire. The present study aims to develop a pyrolysis model of the polymethylmethacrylate (PMMA). Our working approach is innovative in the international community, because it relies on a multi-scale approach, taking into account the evolution of the thermal, physical and chemical properties during the decomposition of the material. Our work was to know the physicochemical properties of our material. The study of the thermal decomposition of the PMMA under inert and oxidizing atmospheres was performed on the scale of the particle by means of differential scanning calorimetry, through thermogravimetric analysis coupled with various analytical devices for different heating rates. The thermal decomposition of PMMA was completed by a study on the scale of the material using the cone calorimeter, coupled with an analytical chain. The study, on the scale of the particle, has allowed us to propose a mechanism of thermal decomposition of PMMA in an inert atmosphere and under oxidizing atmosphere. The rate of each reaction mechanism is described by the Arrhenius law. The determination of these kinetics parameters and stoichiometric coefficient was performed by the optimization method of genetic algorithms.