Contribution à l’étude du comportement au feu de câbles électriques par simulation numérique et par développement d’un banc d’essai à échelle réduite

Numerical modelling and small scale testing of fire performances for halogen-free cables

• Auteur / Autrice : Bertrand Girardin
• Direction : Sophie Duquesne, Serge Bourbigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et Matière Condensée
• Date : Soutenance le 31/05/2016
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Thermogravimétrie

Polyoléfines

Propriétés thermiques

Hydroxyde d'aluminium

Simulation par ordinateur

Essais de comportement au feu

Câbles électriques

Mots clés libres

Enceinte à échelle réduite

Résumé

L'objectif de ce travail de thèse est d’étudier le comportement au feu de câbles électriques par deux approches, la première consistant à développer des méthodes de caractérisation des propriétés des gaines externes de câbles afin d’en modéliser le comportement au feu. Parallèlement, une approche basée sur le développement d’un banc d'essai original à échelle réduite a été étudiée. La caractérisation des propriétés thermo-physique des matériaux a permis la prédiction de la température et de la perte de masse lors d'expériences thermogravimétriques, de gazéification et de combustion. Il a été montré que tester de mince spécimen de gaine de câbles dans une enceinte à échelle réduite permettait la prédiction des résultats de la norme EN 50399. Ce nouveau test de l'échelle du laboratoire a ensuite utilisé avec succès pour le développement de nouveaux câbles présentant des propriétés feu améliorées.

The aim of this PhD work is to study the behavior of cables following two approaches: numerical modelling and small scale testing. First, methodologies to characterize the properties of the cables jacket materials were developed to further model their fire behavior. Concurrently, an approach was followed by developing a novel bench-scale fire test. Innovative methodologies using simultaneous thermal analyzer, Hot Disc apparatus were developed and so, the thermo-physical properties of the materials were characterized both as a function of temperature and of the decomposition state. Using these parameters as inputs data for a pyrolysis model, the temperature and mass loss rate were well predicted in case of thermo-gravimetric experiments, gasification and mass loss calorimeter. Moreover, it was shown that testing thin specimen of cables jacket materials in a reduced scaled enclosure of the EN 50399 test allowed the prediction of the results obtained on the large scale test carried out on whole cables. This new bench scale test was then successfully to develop new material that can be used as jacket for halogen-free electrical cable.