Conceptualisation physique de barrières de protection au feu : approche numérique et expérimentale

Conceptualization of fire barriers : fundamentals and experimental approach

• Auteur / Autrice : Tatenda Nyazika
• Direction : Serge Bourbigot, Fabienne Samyn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 07/10/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Matériaux et Transformations (Lille ; 2010-....)
• DOI : 10.70675/e5f6aad2z03ecz4426z8049z0a540383f831

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais de comportement au feu

Pyrolyse

Simulation par ordinateur

Théorie de la sensibilité (mathématiques)

Transfert de chaleur

Modèles mathématiques

Intumescence (chimie)

Mousses (matériaux)

Mots clés libres

Optimisation numérique

Résumé

Le feu est à la cause des pertes en vies humaines et des dégâts matériels considérables. En cas d’incendie dans un système fermé tel que les bâtiments, navires, ou avions, un feu doit être compartimenté et sa propagation restreinte afin de sauver des vies et des biens en laissant le temps aux personnes d’évacuer. Afin d’y arriver, une barrière de feu ayant une très faible inflammabilité qui limiterait la propagation du feu doit être conçu et assemblé. L’objective de ce travail de thèse est de fournir les bases fondamentales pour la conception de barrières feu efficace quand ils subissent une contrainte thermique. En se basant sur la compréhension du comportement au feu de matériaux de références c.-à-d. le silicate de calcium, la mousse de mullite à cellules fermées, la mousse phénolique, et un revêtement intumescent à base de silicone, des tests feux avec un flux radiant externe basé sur la norme ISO 5660 du cône calorimètre sont effectués. En parallèle, des modèles numériques sont développés afin de prédire le comportement au feu de ces barrières feu. Leurs domaines d’application ainsi que leurs limites sont expliqués. Les propriétés physiques d’entrées requises pour alimenter les modèles sont obtenus soit par mesure directe par analyse thermique, soit de la littérature. Par ailleurs, des études de sensibilité sont effectués afin d’identifier les paramètres essentiels qui contrôlent le comportement au feu des matériaux de référence. Les modèles numériques sont ensuite appliqués à la conceptualisation de nouvelles barrières feu grâce à la méthodologie basée sur le ''performance-based design'' ainsi que l’optimisation. Enfin, après les étapes de conception et les études de sensibilité, les règles fondamentales sur la conceptualisation de barrières de feu pour un scenario feu précis en accord avec des normes définies sont énoncées.

Fire causes injuries, the loss of lives and property. In the case of a fire in an enclosed system such as buildings, naval ships or aircraft, the fire should be compartmentalized and restricted from spreading from one point to another in order to save lives and property as well as give people enough time to evacuate. To accomplish this, fire barriers exhibiting low flammability and limiting fire spread need to be designed and assembled. The aim of this PhD is to provide with the fundamentals on how to design efficient fire barriers when subjected to a thermal stress. Based on understanding the fire behavior of selected reference fire retardant materials i.e. calcium silicate, closed-cell mullite foam, phenolic foam and a silicone-based intumescent coating, fire tests using the external radiant heat flux from the ISO 5660 cone calorimeter are conducted. At the same time, numerical models are developed to predict the fire behavior of these fire barriers and their applicability as well as limitations are explained. The input materials properties to run the numerical models are obtained from both direct measurements and from the literature. In addition, sensitivity studies are conducted in order to identify the governing parameters that control the fire behavior of the reference fire resistant materials. The numerical models are then used for the conceptualization of innovative fire safe materials based on the performance-based design process and optimization. Finally, based on the sensitivity studies and the conceptualization process, fundamental rules on how to make an efficient fire barrier in order to meet certain requirements in a given fire scenario are clearly stated.