Développement de formulations avec un comportement au feu amélioré & Design et développement de protocoles expérimentaux

Development of formulations with improved fire behavior and Design and development of experimental protocols

• Auteur / Autrice : Johan Sarazin
• Direction : Serge Bourbigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 29/05/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• 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-....)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Legros
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brigitte Vantorre-Defoort, Gaëlle Fontaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Guillaume, Thomas Rogaume

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Intumescence (chimie)

Ignifugeants

Essais de comportement au feu

Polymères

Mots clés libres

Ignifugation

Scénario feu

Méthodologie

Banc d'essai

Intumescence

Graphite expansible

Fireproofing

Fire scenario

Methodology

Test bench

Intumescence

Résumé

Ce manuscrit présente différentes études axées sur l'amélioration du comportement au feu des matériaux à travers le développement de formulations et la conception de protocoles expérimentaux. La première étude s'est concentrée sur l'amélioration de la réaction au feu des polymères en utilisant l'intumescence, créant des formulations améliorées et approfondissant la compréhension des mécanismes. Elle a conduit au développement de systèmes synergiques, renforçant mécaniquement les matériaux grâce au carbonate de zinc associé à l'AP760. De plus, cette étude a mis en évidence les propriétés de dissipation thermique du graphite expansible, y compris des phénomènes thermiques particuliers conduisant parfois à des réactions antagonistes dans certaines conditions expérimentales. La seconde étude s'est distinguée par l'élaboration d'une méthodologie expérimentale novatrice. Cette approche a facilité l'exploration des transferts thermiques dans les systèmes intumescents contenant du graphite expansible, mettant en évidence des effets anisotropes. Elle a permis de visualiser et quantifier l'effet de dissipation thermique lié à l'anisotropie des systèmes au graphite expansible. La troisième étude a abordé l'amélioration de la résistance au feu de deux systèmes confrontés à un scénario de feu extrême. Pour le polymère, l'accent était mis sur l'amélioration du temps de percement, tandis que pour la mousse de géopolymère, l'objectif était de réduire la conductivité thermique. Les mécanismes sous-jacents ont été élucidés, notamment l'effet de synergie entre le borate de zinc et les composés phosphorés de la FlameOff®. La dernière étude s'est concentrée sur le développement de nouveaux protocoles et bancs d'essai pour caractériser le comportement au feu des matériaux. Ces outils ont permis de mieux comprendre l'impact du courant électrique sur le comportement au feu des matériaux et de simuler l'essai Jet Fire à grande échelle, fournissant des données essentielles pour optimiser les systèmes.

This manuscript presents various studies focused on enhancing the fire behavior of materials through the development of formulations and the design of experimental protocols.The first study concentrated on improving the fire reaction of polymers using intumescence, resulting in enhanced formulations and a deeper understanding of mechanisms. It led to the development of synergistic systems that mechanically strengthen materials through the combination of zinc carbonate and AP760. Furthermore, this study highlighted the thermal dissipation properties of expandable graphite, including unique thermal phenomena that sometimes led to antagonistic reactions in specific experimental conditions. The second study was characterized by the development of an innovative experimental methodology. This approach facilitated the exploration of heat transfer in intumescent systems containing expandable graphite, revealing anisotropic effects. It enabled the visualization and quantification of thermal dissipation effects linked to the anisotropy of expandable graphite systems. The third study addressed the enhancement of fire resistance in two systems facing extreme fire scenarios. For the polymer, the focus was on improving the burn-through time, while for the geopolymer foam, the goal was to reduce thermal conductivity. Underlying mechanisms were elucidated, including the synergistic effect between zinc borate and the phosphorus compounds in FlameOff®. The final study centered on the development of new protocols and test benches for characterizing material fire behavior. These tools provided a better understanding of the impact of electric current on material fire behavior and allowed the simulation of large-scale jet fire tests, offering crucial data for system optimization.