Etude numérique de l'auto-inflammation des solides par simulation numérique directe : application au polyméthacrylate de méthyle

Numerical Study of Solid Fuels Auto-Ignition Using Direct Numerical Simulation : Application to the Polymethyl Methacrylate.

• Auteur / Autrice : Simon Roblin
• Direction : Thomas Rogaume, Franck Richard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Calyxis Niort
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime- ENSMA
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Trouvé, Bart Merci, Catherine Stal Kutas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José Luis Torero, Bernard Porterie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Incendies -- Prévention

Stoechiométrie

Transfert de chaleur

Cinétique chimique

Pyrolyse

Feu -- Production et usage

Méthacrylate de méthyle

Polyméthacrylate de méthyle

Combustion spontanée

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Densité volumique de masse

Simulation numérique directe

Density

Direct numerical simulation

Résumé

La propagation des incendies à l’échelle de locaux et de villes est un enjeu majeur. Elle est notamment conditionnée par l’inflammation des matériaux dans les locaux attenants au sinistre. Cette dernière résulte de l’allumage du mélange gazeux combustible issu de la décomposition thermique de la phase condensée.Deux types d’inflammation sont définis dans la littérature : l’inflammation pilotée par la présence d’une source d’allumage, et l’auto-inflammation, résultant de l’emballement de la réaction dans la phase gazeuse. L’auto-inflammation joue un rôle majeur dans le contexte d’une propagation de local à local. Toutefois, ce processus n’a été que très peu étudié expérimentalement du fait de sa complexité et seules des analyses théoriques sont aujourd’hui disponibles concernant les phénomènes en jeu.L’enjeu de la présente étude est de caractériser les régimes d’autoallumage en fonction de différentes typologies de solide (comportement thermique et cinétique), afin de mieux comprendre leurs processus et leurs conditions d’occurrence. Cette compréhension fine permet alors de développer des modèles plus globaux de propagation pour une considération déterministe du risque incendie à l’échelle urbaine.Le caractère bref et local de l’auto-inflammation impose le choix d’une méthode de résolution complète des écoulements, des transferts et de la chimie. La Simulation Numérique Directe (DNS) a donc été sélectionnée afin de capter ces phénomènes, avec l’introduction d’une cinétique fine et non infiniment rapide de la décomposition thermique et de la combustion.

Fire propagation on the scale of buildings and cities is a major stake. It is conditioned by the ignition of solid fuels in rooms adjacent to the one where the disaster originally takes place. The ignition is so piloted by the initiation of the combustion reaction of the gaseous mixture stemming from the thermal decomposition of the condensed phase induced by heat transfer.Two types of ignition are defined in the literature: piloted-ignition related to the presence of a hot spot and auto-ignition resulting from the thermal runaway within the gas phase. The auto-ignition plays a major role in the context of fire spread between rooms. However, this process has been very little experimentally studied, because of its complexity, and only theoretical analyses were lead concerning the phenomena which take place during solid fuels auto ignition.The aim of the present study is to characterize auto-ignition regimes according to various solid typologies (regarding to thermal and kinetic behaviour) in order to understand better their processes and their occurrence conditions. Thereby, this fine understanding allows to develop global models of fire spread for a deterministic consideration of the fire hazards at urban scale.The brief and local character of the auto-ignition requires the choice of a complete resolution for flows, transfers and chemistry. Thus, the Direct Numerical Simulation (DNS) was selected to capture the phenomena, with the introduction of a fine and non-infinitely fast chemistry of thermal decomposition and combustion.