An instrumented controlled-atmosphere cone calorimeter to characterize electrical cable behavior in depleted fires

par Sarah Chatenet

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Gaëlle Fontaine et de Serge Bourbigot.

Le président du jury était Pascale Desgroux.

Le jury était composé de Dhionis Dhima, Guillain Mauviel, Pascale Desgroux, Olivier Authier.

Les rapporteurs étaient Dhionis Dhima, Guillain Mauviel.

  • Titre traduit

    Caractérisation de gaines de câbles électriques en incendie confiné au moyen d’un cône calorimètre à atmosphère contrôlée


  • Résumé

    Les câbles électriques constituent la charge calorifique la plus abondante dans les centrales nucléaires et l'incendie est la source d'agression interne ayant la plus grande occurrence (un départ de feu par tranche et par an en France). Le risque incendie est caractérisé par deux vecteurs : la chaleur dégagée, qui peut conduire à la propagation de l’incendie, et la fumée produite, composée de gaz et d'aérosols, qui peuvent être toxiques et corrosifs et interagir avec les composants présents dans le local. À un stade avancé, un incendie confiné devient sous-ventilé et vicié car la combustion consomme l'oxygène disponible. La production d'imbrûlés augmente donc considérablement, ce qui a pour effet de rendre l'incendie possiblement plus agressif. Pour se protéger des risques d’un incendie confiné, il est donc important de quantifier la chaleur libérée, les gaz et les aérosols produits lors de la combustion de câbles électriques dans des conditions de déplétion d’oxygène. Pour ce faire, un banc expérimental à l'échelle intermédiaire, connu sous le nom de cône calorimètre à atmosphère contrôlée (CCAC), a été développé. Ce banc d’essai a été caractérisé préalablement à l’aide de plaques de PMMA. Des matériaux modèles représentatifs de gaines de câbles électriques à base de PVC ont été formulés puis manufacturés sous forme de plaques échantillons. Ces matériaux ont été caractérisés simultanément en termes de paramètres liés à l'incendie (taux de dégagement de chaleur, perte de masse), de gaz produits et d'aérosols émis, en conditions de sous-ventilation et de viciation à l’aide du couplage CCAC/FTIR/ELPI. La viciation a pour effet de diminuer le débit calorifique et le débit de pyrolyse de façon linéaire, alors que la sous-ventilation favorise la production d’imbrûlées et d’aérosols.


  • Résumé

    Electrical cable sheaths are the most abundant fire load in nuclear power plants and fire is the most frequent internal aggression (one fire outbreak per year and per nuclear unit in France). A fire is threatening by two means: the heat it releases that may drive a fire growth and the smoke it yields, composed of gases and aerosols, that may be toxic and corrosive and interact with components in the area. At advanced stages, confined fires become oxygen depleted and the combustion regime shifts towards under-ventilated and vitiated combustion with the production of unburnt species leading to a higher threat. To assess the potential hazard of a confined fire, it is then of high importance to quantify the heat release, the gases and the aerosols produced by electrical cable sheaths fires in oxygen depleted conditions. To do so, a bench scale apparatus known as the controlled-atmosphere cone calorimeter (CACC) has been developed. The apparatus has been primarily qualified with PMMA plaques. Representative materials of PVC based electrical cable sheath have been formulated and manufactured in the shape of plaque samples. These materials have been characterized in terms of fire parameters (heat release rate, mass loss rate), evolved gases and evolved aerosols under different oxygen concentrations in under-ventilated conditions thanks to the CACC/FTIR/ELPI coupling. Vitiation lowers the heat release rate and decreases the fuel mass loss rate while under-ventilation increases unburnt species and aerosols production.


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