Дисертації з теми "Essai au feu"

Le bois s'affinne de plus en plus dans l'ensemble des matériaux de construction, notamment gracé à de nombreuses caractéristiques spécifiques: par exemple, le bois est un très bon isolant grâce à sa faible conductivité thermique, il apporte aujourd'hui une réponse à la crise énergétique et conduit à une réduction du coût de la consommation d'énergie. Cependant, le bois est classé comme un matériel combustible, ce qui pose des questions quant à la résistance à l'incendie de structures en bois. Contrairement aux idées reçues et malgré cette classification, le bois offre une excellente résistance au feu: il est ainsi reconnu depuis longtemps que lors d'un incendie, une structure en bois perd moins rapidement sa capacité portante qu'une structure en acier ou en béton armé. Le contexte particulier de ce travail est lié à la problématique du feu appliquée aux poutres en bois lamellé collé. Actuellement, les adhésifs les plus utilisés dans l'industrie de bois lamellé collé sont: la résorcine-formaldéhyde, phénol-résorcine-fonnaldéhyde, l'urée-formaldéhyde, et la mélamine-urée-formaldéhyde. Les principaux inconvénients de ces adhésifs sont qu'ils se présentent sous la forme de deux composants (résine et durcisseur), ce qui rend leur utilisation assez délicate et que le bois doit être séché avant d'être collé, ce qui augmente le coût et le délai de fabrication. Pour répondre à ces inconvénients, d'autres solutions se présentent aujourd'hui sur le marché, comme les adhésifs polyuréthannes, qui se présentent sous fonDe d'un mono composant liquide directement applicable sur le bois et qui être utilisé sur du bois humide. Toutefois, ces colles présentent un niveau de fluage très élevé à haute température, ce qui peut conduire à des dangers importants dans un contexte d'incendie. Au cours de notre travail, nous avons caractérisé le comportement des colles polyuréthannes d'usage structurel dans une situation d'incendie en prenant comme paramètre de comparaison les deux colles les plus utilisées (phénolrésorcine-formaldéhyde et mélarnine-urée-fonnaldéhyde). Dans un premier temps, nous avons caractérisé le comportement des différentes colles soumises à de hautes températures (entre 20 et 250°C). Dans une seconde étape, nous avons établi le comportement au feu du bois lamellé collé avec ces différents adhésifs: pour ce faire, nous avons choisi de réaliser des essais avec des panneaux rayonnants en conservant un flux de chaleur constant (15, 25, 45 et 60 kW/m2). Le principal résultat est que le type de colle n'influence pas la résistance à l'incendie de poutres en bois lamellé-collé. Enfm, dans une troisième étape, nous avons modélisé les différents phénomènes: un modèle thermique par éléments finis pennet de suivre en continu l'évolution du champ de température au sein de la poutre en bois lamellécollé soumise à un flux de chaleur. En intégrant les données de raideur et de module d'élasticité issues des essais en fluage, nous avons alors pu prédire le comportement en fluage et le temps à rupture pour une poutre en bois lamellécollé soumise à un flux de chaleur simulant un incendie. Les résultats obtenus sont conformes à ceux des essais et montrent que le type de colle n'a pas d'influence sur la résistance au feu car le charbon créé à la surface du bois est un très bon isolant qui limite la profondeur de bois chaud et ainsi la perte de résistance mécanique<br>Wood is increasingly being used as building rnaterial due to its specific characteristics, such as its high insulating capacity given by its low thermal conductivity. Nowadays, wood may be considered as an answer to the cUITent energy cri sis, resulting in cost reduction in energy consumption. Wood is classified as a combustible material, which makes us doubt about its structural tire resistance. However, contrarily to !bis idea and spite of its classification, wood provides an excellent tire resistance. It bas long been recognized that under a tire situation, a wood structure loses resistance more slowly than a steel or concrete structure. The particular context of this study relates to tire applied to glulam. Currently, the most used adhesives in the glulam industry are: Resorcinol-Formaldehyde, Phenol-Resorcinol-Formaldehyde, Urea-Formaldehyde, and MelamineUrea-Formaldehyde. The main problem arising from these adhesives is their two-component fonnulation (adhesive and hardening), making their usage more complicated. Moreover, wood bas to be dried before gluing, which in turn increases the costs and building time. Ln order to solve these inconveniences, there are currently other solutions in the market, e. G. Polyurethane adhesives consist of only one liquid component applied directly on wood even if it is wet. However, this kind of adhesive shows a high level of creep at high temperatures, which rnay lead to a dangerous situation during a tire. Ln the development of !bis thesis, we characterized the behavior of structural polyurethane adhesives under tire, considering as parameter for comparison the most used adhesives, i. E. Phenol-Resorcinol-Formaldehyde and MelamineUrea-Formaldehyde. As a first stage we characterized the different adhesives subject to high temperatures (between 30°C and 250 °C). As a second stage we established the tire behavior of glulams under the different studied adhesives. For !bis, we chose to perfonn tests with a radiant panel at constant flow (15, 25, 45 and 60 kW/m2). The main result was that the kind of adhesive used in glulams bas no influence on tire resistance. The final stage of fuis study consisted on modeling the different occurring phenomena: A thermal model through a finite element allowed to follow-up in time the temperature distribution in the glulam transversal section subject to a heat flow. By integrating the stiffness database and the elasticity modulus resulting from the creep tests, we have been able to predict the creep behavior and failure time for a glulam subject to a temperature flow that simulates a tire. The results agree with the tests and show that the kind of adhesive bas no influence on tire resistance as the char layer that forms in the glulam surface is a good insulator that limits the depth of the wood darnaged by temperature and thus, its loss of mechanical resistance

Les structures hybrides acier-bois sont de plus en plus utilisées dans le secteur de la construction. Elles offrent plusieurs avantages pratiques en tant que solutions durables avec des capacités de charge et des résistances au feu élevées. Cependant, en raison de la conductivité thermique de l'acier et de la diminution de ses performances mécaniques à haute température, les structures en acier doivent être protégées contre le feu. Le bois, bien que combustible, a un effet isolant et peut être utilisé comme protection passive de l'acier en vue de maintenir sa résistance mécanique aussi longtemps que possible. Les travaux menés dans le cadre de la thèse visent à analyser le comportement thermique d'éléments hybrides acier-bois en combinant essais d’exposition au feu et modélisation numérique. Les essais sont réalisés dans un four construit au laboratoire permettant de monter à une température de 1200 °C. Ils permettent d’obtenir l'évolution de la température sur les surfaces des profilés en acier et dans le bois. Ainsi, des thermocouples sont installés sur la surface des profilés en acier et à différentes profondeurs dans les éléments en bois. Les essais au feu ont été réalisés sur différentes associations acier-bois en utilisant des sections en acier (T et I) et différentes essences de bois. Les résultats montrent que le bois offre une protection significative à la section en acier, principalement au profilé IPE entièrement encapsulé. Le bois se comporte comme un matériau isolant qui réduit de manière significative l'augmentation de température de l'acier. Cette solution contribue au développement de la protection passive des structures en acier en utilisant des matériaux biosourcés. Les résultats expérimentaux sont comparés à ceux obtenus par des simulations thermiques à l'aide du logiciel Abaqus. La comparaison montre que le modèle numérique peut être utilisé pour évaluer l'augmentation de température dans l'élément en acier protégé par du bois dans des conditions de haute température<br>Steel-timber hybrid structures are becoming more and more common in the construction industry. They offer high practical advantages as sustainable solutions with high load-bearing capacities and fire resistance. However, due to steel thermal conductivity and the decrease of mechanical performance with high temperatures, steel structures need to be protected in case of fire. Wood is occasionally used as passive protection of steel to maintain its mechanical strength as long as possible with the aim to prevent structural collapse under fire. This thesis aims to analyse the thermal behaviour of hybrid steel-timber elements through experimental tests and numerical modelling. Experiments in the furnace are performed to obtain the evolution of temperature on the steel profile surfaces and inside the timber element. Thus, thermocouples are installed on the steel profile surface and different depths of timber elements. The fire tests were performed on various steel-timber combinations using T and I steel cross-sections with various wood species. A high-temperature furnace up to 1200 °C built in the laboratory was used. The results show that wood provides significant protection to the steel cross-section mainly the fully encapsulated IPE profile. Wood behaves as an insulating material that significantly reduces the temperature rise in steel. This solution contributes to the development of passive protection of steel structures using bio-based materials. The experimental results are compared to those obtained through thermal simulations using Abaqus software. The comparison shows that the numerical model can be used to evaluate the temperature increase in the steel element protected by timber in high-temperature conditions

Les matériaux composites jouent un rôle de plus en plus important dans notre société dans de très nombreux domaines (aéronautique, naval, génie civil), de par leurs avantages en terme de légèreté, d’inaltérabilité et de rigidité. Il est donc primordial de comprendre et d’évaluer leurs propriétés sur le long terme (durabilité). Cependant, l’utilisation de ce type de matériau nécessite des précautions particulières notamment en ce qui concerne la tenue au feu. En effet, les composites sandwichs sont hautement inflammables et résistent mal à la chaleur. L’objectif de ce projet de thèse est d’étudier de manière combinée la durabilité thermo-mécanique (tenue au feu) de matériaux composites sandwichs à matrice polymère par le biais de mesures expérimentales au cône calorimètre. Il s'agit également de modéliser les variations de propriétés mécaniques induites en fonction de la température et du temps de combustion, en utilisant un modèle multiphysique basé sur une approche éléments finis (Abaqus). Les processus de dégradation thermique de ces matériaux sont présentés en fonction de la température et du temps, ainsi que les lois de comportement et les modèles d’estimation des propriétés thermiques et mécaniques. Un modèle numérique thermique amélioré est programmé sur le logiciel Abaqus et validé en lien avec des mesures expérimentales de tenue au feu (four, cône calorimètre). Des confrontations mesures expérimentales / modèle numérique, effectuées sur plusieurs configurations de scénario de tenue au feu, sont réalisées afin de comprendre et prédire le comportement et les propriétés thermo-mécaniques des matériaux composites sandwichs<br>Composite materials play an increasingly important role in our society in many fields (aeronautics, naval, civil engineering), because of their advantages in terms of lightness, unalterability and rigidity. It is therefore essential to understand and evaluate their properties in the long term (durability). However, the use of this type of material requires special precautions, particularly with regard to fire resistance. Indeed, sandwich composites are highly flammable and poorly heat resistant. The aim of this thesis project is to study in a combined way the thermomechanical durability (fire resistance) of polymer matrix composite sandwich materials by means of experimental measurements with a calorimeter cone. It is also a question of modeling the variations of mechanical properties induced as a function of the temperature and the combustion time, using a multiphysical model based on a finite element approach (Abaqus). The processes of thermal degradation of these materials are presented as a function of temperature and time, as well as behavior laws and of thermal and mechanical properties predictions. An improved thermal numerical model is programmed and validated in relation to experimental fire resistance measurements (oven, calorimeter cone). Confrontations between experimental measurements and numerical model, performed under several fire resistance scenario configurations, are carried out in order to understand and predict the behavior and thermomechanical properties of composite sandwich materials

La présente thèse de doctorat porte sur le comportement à haute température d'un matériau de terre crue compactée et d'un matériau de terre stabilisée au ciment, susceptibles d'être utilisés dans des bâtiments exposées au feu.Une campagne complète d'essais en laboratoire a été menée sur les deux matériaux. Des tests résiduels, qui comprenaient des tests mécaniques, thermiques et de perméabilité, ont été effectués après chauffage lent à une vitesse de 2°C.min-1 en utilisant un four électrique pour atteindre des températures de 80°C, 120°C, 200°C, 350°C, 450°C et 600°C. Puis, des essais au feu ont été réalisés, ce qui a permis d'exposer des briques de ces matériaux à une vitesse de chauffage élevée à l'aide d'un four à gaz mobile conçu pour suivre une courbe de feu ISO 834-1 afin de reproduire un accident de feu réel dans les bâtiments.Outre l'effet de la composition du matériau sur le comportement à haute température, l'effet de la teneur en eau sur ce comportement a également été étudié après avoir soumis les échantillons des deux matériaux à différentes humidités relatives (HR) : condition sèche, 50% HR, 75% HR et 100% HR, à une température ambiante de 23°C. Ainsi, le comportement de ces matériaux est mieux décrit, ce qui permet d’appréhender des applications réelles dans diverses ambiances. La composition du matériau et sa teneur en eau influencent significativement son comportement à haute température. A l’issue des essais au feu, les échantillons selon leur composition et état hydrique ont été classés en deux catégories : thermiquement stables et instables. Les différences dans les comportements observés ont été attribués à des phénomènes thermomécaniques. Ils résultent d'une part de gradients thermiques formés induits par les contraintes thermiques conséquentes qui diminuent avec la teneur en eau ; et d’autre part par les propriétés mécaniques intrinsèques des matériaux (qui diminuent avec la teneur en eau). Il a ensuite été prouvé que ces facteurs jouent un rôle majeur dans le comportement au feu du matériau et dans leur capacité portante à haute température, qui a été évaluée grâce à un chargement mécanique des échantillons pendant des essais au feu<br>The present PhD thesis addresses the high temperature behavior of a compacted raw earth material and a cement stabilized earth material, both of which are likely to be used in fire-prone buildings.A complete campaign of laboratory tests was carried out on the two materials. Residual tests, which included mechanical, thermal and permeability tests were performed after slowly heating at a rate of 2 °C.min-1 using an electric furnace to attain temperatures of 80 °C, 120 °C, 200 °C, 350 °C, 450 °C and 600 °C. Then, fire tests were performed, which allowed for the exposure of these materials' bricks to a high heating rate using a mobile gas furnace designed to follow an ISO 834-1 fire curve in order to simulate a real-life fire accident in a building.Besides the effect of the material composition on the high temperature behavior, the effect of the water content on this behavior was also studied after subjecting the samples of the two materials to different relative humidities (RH): dry condition, 50 % RH, 75 % RH and 100 % RH, at an ambient temperature of 23 °C. As a result, the behavior of these materials is better characterized, allowing for a better understanding of real-world applications in a variety of environments.The material's composition and water content influence significantly its behavior at high temperatures. Following the fire tests, the samples were classified into two categories based on their composition and water state: thermally stable and unstable. The observed differences in behaviors have been ascribed to thermomechanical phenomena. They are caused, on the one hand, by the formed thermal gradients induced as a result of the consequent thermal stresses, which decrease as the water content increases, and, on the other hand, by the intrinsic mechanical properties of the materials (which decrease with the water content). These factors were subsequently demonstrated to play a major role in the material's fire behavior and load-bearing capacity at high temperatures, as assessed by mechanical loading of the samples during fire tests

L’objectif de ce travail de thèse consiste à élaborer des revêtements auto-stratifiants pour ignifuger du polycarbonate (PC). La nouveauté réside dans le développement de procédés répondant intelligemment aux enjeux écologiques et économiques actuels. Deux revêtements à base d’une résine thermodurcissable (époxyde) et thermoplastique (silicone, fluoropolymère) ont été développés. Une stratification parfaite a été observée par différentes techniques d’analyses, pour des épaisseurs inférieures à 130µm. L’influence du solvant, de l’agent durcisseur, des conditions de séchage, des agents ignifugeants et de leur phase d’incorporation a été étudiée. Finalement, un système dilué dans un mélange acétate de butyle : xylène (1:1) offre les meilleures propriétés (stratification, adhésion, aspect esthétique), avec la résine thermoplastique constituant la partie supérieure du film. De plus, l’ajout d’additifs (oxyde de fer, carbonate de calcium et deux additifs phosphorés) jusqu’à 10% en masse n’influence pas la stratification. L’oxyde de fer s’est révèlé être le meilleur candidat, conservant les propriétés du film et améliorant sa tenue au feu et au vieillissement (température, UV, humidité). En augmentant la stabilité thermique de la résine silicone, il réduit la combustibilité et l’inflammabilité du PC revêtu. Aussi, bien qu’il catalyse la dégradation de la résine fluorée, la propagation de flammes et l’apparition de gouttes enflammées est inhibée. La formation d’une couche protectrice limitant les transferts de masse entre le substrat et la flamme est ainsi valorisée. Une bonne résistance au vieillissement a été évaluée en termes de propriétés feu, de surface et d’adhésion<br>This PhD work is a proof of concept on the design of flame retardant (FR) self-stratifying coatings for polycarbonate (PC). This one pot process allows an eco- and smart-development of new products while reducing cost, processing time and solvent emission. In this work, two original self-layering coatings based on epoxy /silicone and /fluoropolymer blends were developed. Their perfect stratification was evidenced using different techniques, in a thickness range up to 130 µm. The influence of solvents characteristics, hardener, curing conditions, fillers and their incorporation phase was studied. Finally, the system diluted in butylacetate: xylene (1:1) leads to the best layering and adhesion, with the thermoplastic phase located on the top of the film. The FR fillers tested (iron oxide, calcium carbonate and two phosphorus based additives) do not affect the layering when introduced up to 10 wt.%. However, visual appearance and adhesion are strongly dependent on the solvent used. The best improvements in terms of FR properties, adhesion and weatherability (temperature, UV, humidity) were obtained by adding micrometric Fe2O3 particles: it allows the formation of a protective barrier which limits substrate/flame mass transfers, and prevents from the yellowing of the system under UV. Although Fe2O3 catalyzes the thermal degradation of the fluorinated resin, the coating reduces flame spread, dripping and slightly promotes the formation of a char. When added to the silicone-based blend, the thermal stability is improved, which allows reducing the combustibility and ignitability of the coated PC. Finally, those properties are relatively maintained after 8 weeks of ageing

L'objectif de ce travail est la mise au point de résines liantes capables de promouvoir une structure intumescente pour améliorer les performances au feu des étoffes non tissées synthétiques. L'étude porte sur le liage des supports textiles de polypropylène, de polyamide et de polyester au moyen de dispersion aqueuse à base d'acrylique ou de styrène butadiène. Les systèmes intumescents les plus performants utilisent le polyphosphate d'ammonium comme agent source acide. Ce composé étant soluble, il a été nécessaire de trouver une solution technologique pour incorporer le sel d'acide au liant, tout en évitant la formation d'agglomérats ou de mousse. Par ailleurs, l'influence des agents de surface et des produits anti-mousse sur le processus de combustion des formulations a été constatée. L'incorporation d'APP au sein des liants permet une réduction de la quantité de chaleur lors de leur combustion. Les travaux se sont donc orientés vers l'étude des mécanismes d'action de cet additif qui conduit à l'amélioration du comportement au feu des résines. Les interactions entre les liants et l'APP conduisent à la formation d'une structure charbonnée expansée. La compréhension du mécanisme d'action a été abordée à travers la caractérisation du "char" par différentes méthodes spectroscopiques. La substitution d'une partie de l'APP par une quantité équivalente d'hydroxyde d'aluminium provoque une réduction supplémentaire du flux de chaleur et la formation d'une couche charbonnée, composée d'un système alvéolaire et d'un verre en surface. La présence des charges minérales induit des modifications des performances au feu des liants et permet de renforcer la stabilité thermique du char. Enfin, une évaluation des performances au feu et en dégradation thermique des étoffes non tissées enduites a été réalisée et a permis de mettre en évidence le mécanisme de protection au feu, via la formation d'une structure intumescente issue du liant.

Cette étude porte sur l'ignifugation d'élastomères thermoplastiques constitués de polyoléfines (TPO). Les TPO objets de cette étude sont des mélanges à partir de polypropylène (PP), de Copolymère d'éthylène et de propylène (EPDM) et de copolymère hydrogéné de styrène et de butadiène (HSBR). Les Propriétés élastiques des TPO à base de mélanges PP/HSBR sont proches de l'hyperélasticité lorsque le taux d'HSBR est important (entre 75 et 100% en masse des polymères) et sont supérieures à celles des mélanges PP/EPDM. Ces meilleures propriétés sont dues en particulier à une miscibilité plus importante de l'HSBR avec le PP par rapport à l'EPDM. L'ajout d'additif à base de polyphosphate d'ammonium (APP) pour ignifuger en masse ces TPO permet d'obtenir des formulations intumescentes. En ce qui concerne les propriétés mécaniques, la présence de l'additif modifie principalement l'élongation à la rupture des TPO. Les propriétés feu diffèrent selon la configuration utilisée lors du test (horizontale ou verticale). Cette différence est due aux propriétés rhéologiques des mélanges en condition de feu : en configuration horizontale, les phénomènes de viscosité sont moins déterminants. En configuration horizontale, les formulations à base d'HSBR sont plus efficaces que celles à base d'EPDM. Ces différences sont expliquées par une structure intumescente plus stable dans le cas du PP et de l'HSBR, que celle formée pour l'EPDM : durant le phénomène d'intumescence, l'EPDM ne réagit pas avec l'additif, contrairement au PP et l'HSBR. C'est la conséquence d'une viscosité plus importante de l'EPDM par rapport à celle du PP et de l'HSBR lors de la formation de la structure intumescente<br>The aim of this study is to fireproof thermoplastic elastomers based on polyolefins (TPa). The studied TPa are blends of polypropylene (PP), ethylene propylene copolymers (EPDM) and hydrogenated styrene butadiene rubber (HSBR). The elastic properties of TPa based on PP/HSBR blends are closed to hyperelasticity when the level of HSBR is high (between 75 and 100% in mass of the polymers) and these properties are higher than those observed for PP/EPDM blends. These properties can be explained in particular by the higher miscibility of HSBR with PP, when compared with EPDM. The incorporation of additive based on ammonium polyphosphate (APP) to fireproof the TPa blends leads to intumescent formulations. Concerning the elastic behaviour, this incorporation mostly modifies the elongation at break of the TPa blends. Depending on the configuration of the sample during the test (horizontal or vertical test), the obtained fire properties are different. This difference is linked to the viscosity of the formulation in fire conditions: if the sample is in horizontal configuration during the test, the viscosity is less important than when the sample is vertical. When the sam pie is horizontal, HSBR-based intumescent formulations have a better fire behaviour than EPDM-based ones. These differences are explained by the fact that the intumescent structure is more stable in the case of PP and HSBR than in the case of EPDM: wh en the intumescent structure is formed, EPDM does not react with the additive, whereas PP and HSBR do react. This is the consequence of the higher viscosity of EPDM during the intumescence phenomena, compared to PP and HSBR

Essentiellement expérimentale, la présente étude a pour objectif l'observation de l'évolution de la RTC et des caractéristiques géométriques d’une interface en fonction de la pression de contact ; ceci en vue d'améliorer les modèles de RTC proposés par certains auteurs. Parmi ces caractéristiques, celles qui nous intéressent plus particulièrement sont le taux réel de contact solide-solide S*, la densité de points de contact N et la distance de séparation d. Notre motivation principale est d’établir les lois d’évolution de ces trois paramètres puis de les corréler avec la RTC obtenue par la mesure thermique. Nous avons mis au point une méthodologie expérimentale permettant de réaliser les mesures thermiques de la RTC et les mesures de la micro-géométrie du contact et de ses déformations. Les mesures micro-géométriques sont basées sur des techniques non conventionnelles faisant appel à la profilométrie laser et à l’imagerie. L’essai de micro-dureté peut aussi être de grande importance pour l’estimation des paramètres caractérisant la micro-géométrie de l’interface solide-solide. Nous nous intéressons à une interface de contact entre une plaque de saphir transparent, lisse et infiniment rigide et un matériau métallique rugueux et déformable. L’étude expérimentale s’appuie sur un plan d’expérience visant d’abord à faire ressortir le comportement de la RTC en fonction des paramètres S*, N et d. Ce plan d’expérience est également construit dans le but de faire apparaître l’influence de la topographie et de l’élaboration de la surface sur ces trois paramètres de contact par le biais des paramètres de rugosité et de la micro-dureté Hv. Les expériences sont menées sur deux couples de matériaux laiton/saphir et acier/saphir et trois états de surface différents : contrôlé, électro-érodé et tourné. Les tests de reproductibilité de la mesure thermique démontrent la grande fiabilité du dispositif réalisé. L’étude profilométrique montre que les surfaces électro-érodées et tournées peuvent être considérée gaussiennes alors les surfaces contrôlées ne le sont pas. L’évolution du taux réel de contact S* en fonction de la pression de contact est étudiée essentiellement sur les surfaces contrôlées (Nconstant). S* est estimé de trois façon différentes : La première consiste à analyser les courbes d’Abbott relevées après chaque chargement, la deuxième fait appel au modèle de Bowden et Tabor S*=P/H et à la notion de micro-dureté effective Hc et dans la troisième nous avons tenté de le déterminer par un traitement spécifique des photographies des interfaces métal/saphir. L’évolution de la densité de points de contact N en fonction de la charge est observée pour les couples surface électro-érodée/saphir et surface tournée/saphir. Elle est déterminée essentiellement par l’imagerie. L’évolution de la distance de séparation des plans moyens des surfaces d en contact est obtenue en considérant d égale au paramètre de rugosité Rp relevé avant chargement et après chaque chargement. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que le comportement de la RTC en fonction de la pression de contact, de la rugosité et de la nature des matériaux en contact, est conforme à la littérature. Les résultats de l’estimation de la RTC en fonction des paramètres de contact S*, N et d se divisent en deux parties : la première concerne les surfaces contrôlées et la deuxième concerne les surfaces aléatoires « électro-érodées et tournées ». Pour les échantillons étudiés, la distance de séparation des plans moyens des surfaces en contact d est considérée égale au paramètre de rugosité Rp relevé avant chargement et après chaque chargement. Les résultats de l’estimation du taux réel de contact montrent que la technique profilométrique proposée lors de cette étude est plus adaptable dans les cas de double échelle de rugosité (surfaces à fortes rugosités). A fortes charges, cette technique peut donner des résultats très satisfaisants. La comparaison des valeurs de la RTC estimées en fonction de S*=P/Hc avec celles obtenues par la mesure thermique montre une grande pertinence du modèle Boden et Tabor, utilisant la notion de la micro-dureté effective Hc. On note que ce modèle masque la présence de plusieurs échelles de rugosité. On montre aussi que le modèle S*=P/Hv surestime le taux réel de contact, son utilisation donne des valeurs de RTC plus faibles que celles obtenues par la mesure thermique. La comparaison de la RTC estimée en fonction des paramètres de contact avec celle de la RTC obtenue par la mesure thermique montre que peu importe la courbe de N utilisée, l’utilisation du modèle de CMY donne des valeurs de la RTC de même ordre de grandeurs que celles mesurées. Le modèle de Bardon donne des valeurs bien supérieures que celles mesurées sauf pour les très forts chargements. Ce résultat peut être justifié par le fait que le modèle de CMY est adapté pour les surfaces gaussiennes alors que le modèle de Bardon est basé sur l’hypothèse de l’uniformité de tous les points de contact<br>Primarily experimental, the present study aims at the observation of the evolution of the TCR and the geometrical characteristics of an interface according to the contact pressure; this in order to improve the models of TCR proposed by certain authors. Among these characteristics, those which interest us more particularly are the real rate of contact solid-solid S*, the density of points of contact N and the separation distance d. Our principal motivation is to establish the laws of evolution of these three parameters then to correlate them with the TCR obtained by thermal measurement. We developed an experimental methodology allowing to carry out thermal measurements of the TCR and measurements of the micro-geometry of the contact and its deformations. Micro-geometrical measurements are based on non-conventional techniques calling upon laser profilometry and the imagery. The test of micro-hardness can also be of great importance for the estimate of the parameters characterizing the micro-geometry of the interface solid-solid. We are interested in an interface of contact between a plate of transparent, smooth and infinitely rigid sapphire and a rough and deformable metallic material. The experimental study is based on an experimental design initially aiming at emphasizing the behaviour of the TCR according to the parameters S* N and d. This experimental design is also built with an aim of revealing the influence of the topography and the development of surface on these three parameters of contact by the means of the parameters of roughness and the Hv micro-hardness. The experiments are undertaken on two couple’s materials brass / sapphire and steel / sapphire and three different surface qualities: controlled, electro-eroded and turned. The tests of reproducibility of thermal measurement show the great reliability of the device carried out. The profilometric study shows that electro-eroded surfaces and rounds can be considered Gaussian then controlled surfaces are not it. The evolution of the real rate of contact S* according to the contact pressure is studied primarily on controlled surfaces (N constant). S* is considered of three way different: The first consists in analyzing the curves of Abbott raised after each loading, the second fact call to the model of Bowden and Tabor S*=P/H and with the concept of effective micro-hardness Hc and in the third we tried to determine it by a specific treatment of the photographs of the interfaces to metal /sapphire. The evolution of the density of points of contact N according to the load is observed for the couples surfaces magnet-eroded / sapphire and surfaces turned / sapphire. It is given primarily by the imagery. The evolution of the distance from separation of the average plans of surfaces d in contact is obtained by considering d equal to the parameter of roughness RP raised before loading and after each loading. The experimental results obtained show that the behaviour of the TCR according to the contact pressure, of the roughness and the nature of materials in contact, is in conformity with the literature. The results of the estimate of the TCR according to the parameters of contact S*, N and d are divided into two parts: the first relates to controlled surfaces and the second relates to "electro-eroded and turned random surfaces. For the studied samples, the distance from separation of the average plans of surfaces in contact d is considered equal to the parameter of roughness RP raised before loading and after each loading. The results of the estimate of the real rate of contact show that the profilometric technique suggested at the time of this study is more adaptable in the cases of stepladder of roughness (surfaces with strong roughness). With strong loads, this technique can give very satisfactory results. The comparison of the values of the TCR estimated according to S*=P/Hc with those obtained by thermal measurement shows a great relevance of the model Boden and Tabor, using the notion of the effective micro-hardness Hc. One notes that this model masks the presence of several scales of roughness. One also shows that the S*=P/Hv model over-estimates the real rate of contact, his use gives values of TCR lower than those obtained by thermal measurement. The comparison of the TCR estimated according to the parameters of contact with that of the TCR obtained by thermal measurement shows that it does not matter the curve of N used, the use of the model of CMY gives values of the of the same TCR order of magnitude as those measured. The model of Bardon gives values quite higher than those measured except for the very strong loadings. This result can be justified by the fact that the model of CMY is adapted for Gaussian surfaces whereas the model of Bardon is based on the assumption of the uniformity of all the points of contact

Cette thèse a étudié la dépendance de la cristallisation à fort degré de surfusion et le frittage de verres peralcalins du système SiO2-Al2O3-FeO-CaO-MgO-Na2O-K2O vis-à-vis de la nature et de la concentration en alcalins (Na/K) et alcalino-terreux (Ca/Mg) ainsi que de l’ajout d’éléments nucléants (Cr, Ti, Zr). Pour la majorité des compositions, la cristallisation est surfacique et la première phase à cristalliser est une néphéline. Les analyses par NanoSIMS et DRX montrent que ces cristaux s’enrichissent en potassium au cours de la montée en température, le plus faible taux de cet ion aux plus basses températures étant dû à sa stabilisation dans la phase liquide par son rôle de compensateur de charge de Al3+ en coordinence tétraédrique. Pour cette même raison, Des teneurs plus élevées en K2O verre initial ont pour effet de diminuer la cinétique de cristallisation. Le frittage dépend principalement de la viscosité des liquides mais aussi de leurs cinétiques de cristallisation et de leurs tensions de surface, si bien qu’il présente des effets alcalin (Na/K) et alcalino-terreux (Ca/Mg) mixtes. L’ajout de ZrO2+TiO2 = 4 mol% provoque la cristallisation volumique d’un oxyde mixte (Mg, Zr, Ti) de taille nanométrique (40nm) à basse température. Cette cristallisation précoce provoque une forte augmentation de la viscosité de l’échantillon si bien que son frittage est grandement décalé vers les hautes températures. Sans tenir compte des autres facteurs pertinents industriellement, il serait ainsi bénéfique d’augmenter fortement les concentrations en MgO, K2O et ZrO2+TiO2 afin d’optimiser la stabilité à haute température de laines de verre dans ce domaine de composition<br>During this thesis we studied the dependence of the crystallization at high degree of supercooling and the sintering of peralcaline melts of the system SiO2-Al2O3-FeO-CaO-MgO-Na2O-K2O on the nature and concentration of alkalis (Na and K) and alkaline earths (Ca and Mg), and also on the addition of nucleating agents (Cr, Ti, Zr). For most compositions, crystallization takes place at the surface and the first phase to precipitate is a nepheline. NanoSIMS and DRX analyses demonstrate that these crystals get enriched in potassium upon heating, the low of this ion at the lowest temperature is due to its stabilization in the residual liquid as it acts as a charge compensator of Al3+ in tetrahedral coordination. For this reason, upper K2O contents of the initial glass composition lead to a decrease of the kinetics of crystallization. Sintering mainly depends on liquid viscosity but also on the kinetic of crystallization and surface tension, so that it presents mixed alkali (Na/K) and mixed alkaline earth (Ca/Mg) effects. The addition of ZrO2+TiO2 = 4 mol% leads to volume crystallization of a nanometric (40 nm) mixed oxide (containing Mg, Zr, Ti) at low temperature. This early crystallization contributes to increase strongly the viscosity of sample and thus, to shift sintering to higher temperatures. Disregarding other relevant industrial parameters, it would be beneficial to increase highly the MgO, K2O and ZrO2+TiO2 concentrations in order to optimize the high-temperature stability of glass wool or this range of composition

Les " plastiques " ont été une révolution dans le domaine des matériaux. Ils occupent aujourd'hui une place primordiale dans tous les domaines et remplacent avantageusement les matériaux traditionnels tels que le métal, le bois ou le verre. En effet, ils allient, entre autres, facilité de mise en œuvre et de mise en forme, bonnes propriétés mécaniques, faible densité et coût modéré. Cependant ils présentent un désavantage : leur faible résistance à la chaleur et au feu. De plus, leur dégradation s'accompagne de dégagement de fumées toxiques. Cette faiblesse se révèle dramatique lors d'incendies d'immeubles en termes de pertes humaines. Les matériaux inorganiques, de leur côté, possèdent ces performances thermiques et de résistance au feu mais présentent très souvent des propriétés mécaniques médiocres qui interdisent leur usage. L'idée des matériaux hybrides organique-inorganique est d'associer ces deux familles en un seul nouveau matériau qui combinerait le meilleur des polymères (propriétés mécaniques) et le meilleur des matières inorganiques (propriétés thermiques). La matrice polymère choisie pour cette étude est le polyuréthane. Ce polymère est en effet très versatile et peut présenter des propriétés très variées selon les réactifs utilisés. Il est ainsi beaucoup utilisé dans des domaines nécessitant entre autres la tenue au feu. La molécule inorganique qui sera associée à cette matrice est le polydiméthylsiloxane. Celle-ci est beaucoup utilisée pour créer des matériaux hybrides.

L’évaluation de la réaction et de la résistance au feu des matériaux est d’une importance capitale dans le cadre de la protection des biens et des personnes contre les incendies. Cette évaluation est réalisée généralement grâce à des essais normés qui sont longs et coûteux et qui nécessitent souvent des échantillons de grandes tailles. S’il existe dans la littérature plusieurs bancs d’essais qui permettent de reproduire à échelle réduite les conditions spécifiques de différents feux (feux électriques, feux de bâtiments…), les essais de matériaux exposés à des flux de chaleur élevés et dans des conditions extrêmes issues de feux comme les BLEVE, les feux de nappes et les jet fires sont toujours réalisés à grande échelle. C’est pourquoi dans cette thèse, une approche à échelle réduite a été menée pour développer un banc d’essais, qui permet de tester le comportement au feu de matériaux et de faire criblage rapide pour développer de nouveaux matériaux. Le banc d’essais développé, permet de reproduire à échelle réduite (laboratoire), dans des conditions parfaitement contrôlées, les contraintes thermiques issues de ces feux extrêmes. Ce banc unique doté d’équipements spécifiques avec une métrologie maîtrisée, permet aussi d’étudier les performances et les comportements de matériaux soumis à ces contraintes et de les discriminer. En considérant les flux thermiques générés par ces feux extrêmes, les étapes de développement du banc d’essais, la calibration et la validation avec des essais sur plaque acier sont présentés. Le banc développé permet de reproduire des flux de chaleur entre 100 et 300 kW/m² (voire au-delà). Pour étudier les performances et les comportements de matériaux autres que l’acier des essais ont été effectués sur des peintures intumescentes à base d’époxy. Les résultats obtenus sont présentés et discutés et des modèles numériques simples sont proposés dans ce travail. Ces modèles numériques permettent d’une part de déterminer et de quantifier les conditions limites, en face exposée et d’autre part de simuler les performances d’une peinture intumescente testée sur le banc d’essais<br>The evaluation of the reaction and resistance to fire of materials is of prime importance for the protection of goods and people. This evaluation is usually carried out using standardized tests, which are time-consuming, expensive, and often require large samples. In the literature, several bench-scale tests already exist that mimic specific fire scenarios such as electrical fires, building fires, etc... However, testing materials exposed to high heat fluxes or in other words in extreme conditions, from fires such as BLEVE, pool fires, and jet fires are usually carried out only at large scale. The objective of this Ph.D. work is to develop at a reduced scale, a bench to evaluate the fire behavior of materials, and to perform a rapid screening (high throughput approach) for the development of new materials. The test can reproduce at a laboratory scale and under perfectly controlled conditions, the thermal constraints resulting from extreme fires. This unique bench-scale test is equipped with well-controlled measuring instruments and it enables us to examine the fire behavior of materials subjected to high heat fluxes. Considering the high thermal fluxes generated by the extreme fires, the steps in developing the bench-scale test in terms of calibration and validation on a steel plate are presented. The test can reproduce heat fluxes between 100 and 300 kW/m² (and even beyond). To study the performance and behavior of materials other than steel, tests were performed on intumescent epoxy-based paints. The obtained results are presented and discussed. Simple numerical models are also proposed in this work. These numerical models allow, on one hand, to identify and quantify the boundary conditions on the exposed side and on the other hand to simulate the performance of an intumescent paint, which has been tested on the bench-scale test

L’évaluation de la réaction et de la résistance au feu des matériaux est d’une importance capitale dans le cadre de la protection des biens et des personnes contre les incendies. Cette évaluation est réalisée généralement grâce à des essais normés qui sont longs et coûteux et qui nécessitent souvent des échantillons de grandes tailles. S’il existe dans la littérature plusieurs bancs d’essais qui permettent de reproduire à échelle réduite les conditions spécifiques de différents feux (feux électriques, feux de bâtiments…), les essais de matériaux exposés à des flux de chaleur élevés et dans des conditions extrêmes issues de feux comme les BLEVE, les feux de nappes et les jet fires sont toujours réalisés à grande échelle. C’est pourquoi dans cette thèse, une approche à échelle réduite a été menée pour développer un banc d’essais, qui permet de tester le comportement au feu de matériaux et de faire criblage rapide pour développer de nouveaux matériaux. Le banc d’essais développé, permet de reproduire à échelle réduite (laboratoire), dans des conditions parfaitement contrôlées, les contraintes thermiques issues de ces feux extrêmes. Ce banc unique doté d’équipements spécifiques avec une métrologie maîtrisée, permet aussi d’étudier les performances et les comportements de matériaux soumis à ces contraintes et de les discriminer. En considérant les flux thermiques générés par ces feux extrêmes, les étapes de développement du banc d’essais, la calibration et la validation avec des essais sur plaque acier sont présentés. Le banc développé permet de reproduire des flux de chaleur entre 100 et 300 kW/m² (voire au-delà). Pour étudier les performances et les comportements de matériaux autres que l’acier des essais ont été effectués sur des peintures intumescentes à base d’époxy. Les résultats obtenus sont présentés et discutés et des modèles numériques simples sont proposés dans ce travail. Ces modèles numériques permettent d’une part de déterminer et de quantifier les conditions limites, en face exposée et d’autre part de simuler les performances d’une peinture intumescente testée sur le banc d’essais<br>The evaluation of the reaction and resistance to fire of materials is of prime importance for the protection of goods and people. This evaluation is usually carried out using standardized tests, which are time-consuming, expensive, and often require large samples. In the literature, several bench-scale tests already exist that mimic specific fire scenarios such as electrical fires, building fires, etc... However, testing materials exposed to high heat fluxes or in other words in extreme conditions, from fires such as BLEVE, pool fires, and jet fires are usually carried out only at large scale. The objective of this Ph.D. work is to develop at a reduced scale, a bench to evaluate the fire behavior of materials, and to perform a rapid screening (high throughput approach) for the development of new materials. The test can reproduce at a laboratory scale and under perfectly controlled conditions, the thermal constraints resulting from extreme fires. This unique bench-scale test is equipped with well-controlled measuring instruments and it enables us to examine the fire behavior of materials subjected to high heat fluxes. Considering the high thermal fluxes generated by the extreme fires, the steps in developing the bench-scale test in terms of calibration and validation on a steel plate are presented. The test can reproduce heat fluxes between 100 and 300 kW/m² (and even beyond). To study the performance and behavior of materials other than steel, tests were performed on intumescent epoxy-based paints. The obtained results are presented and discussed. Simple numerical models are also proposed in this work. These numerical models allow, on one hand, to identify and quantify the boundary conditions on the exposed side and on the other hand to simulate the performance of an intumescent paint, which has been tested on the bench-scale test

Cette étude propose un procédé d’ignifugation par traitement en masse du PLA basé sur l’incorporation d’un retardateur de flamme phosphoré (APP) et de composés issus des ressources renouvelables agissant comme source de carbone dans le système intumescent. L’évaluation des propriétés RF des différents matériaux selon divers tests normalisés a permis de mettre en évidence que la formulation PLA/APP/amidon présentait les meilleures performances en termes de tenue au feu. Il se développe en surface du matériau une structure intumescente qui protège l’échantillon de l’action d’une flamme ou d’une source de chaleur et permet de limiter les transferts de gaz et de matière. Afin de tenter d’expliquer le comportement au feu de la formulation optimale, les caractéristiques physiques telles que la viscosité et la conductivité thermique du système ont été évaluées. De plus, pour mettre en évidence les éventuelles interactions chimiques, la dégradation thermique des additifs et des formulations a été étudiée. L’amélioration des propriétés feu est également due à la formation d‘espèces polyaromatiques principalement liées par des ponts phosphohydrocarbonés. Par ailleurs, plusieurs solutions ont été apportées afin d’améliorer la compatibilité entre le PLA et l’amidon et ainsi augmenter les propriétés mécaniques de la formulation intumescente<br>The aim of this study is to evaluate the efficiency of different intumescent formulations to flame retard polylactic acid (PLA) by the incorporation of a phosphorous flame retardant compound (APP) and products coming from renewable resources. PLA/APP/starch composite shows the best fire retardant properties. Upon heating, the material forms a foamed cellular charred layer which protects the underlying material from the action of heat flux and flame and slows down heat and mass transfer between the gas and the condensed phase. The efficiency of intumescent structure can be explained by the viscosity of the formulation. Moreover, the explanation of the improvement of the fire properties is because of chemical reactions between the components of the formulation leading to thermally stable species like phosphocarbonaceous compound. Several solutions have been studied to improve mechanical properties of intumescent formulation

Ce travail est consacré à la mise en place d’une méthodologie comportant les différents outils expérimentaux et de modélisation permettant d’interpréter de façon analytique le comportement des maçonneries de blocs de béton alvéolé observé lors d’essai au feu. Les résultats d’essai de résistance au feu sur deux types de matériaux ayant un comportement très différent sont présentés. Trois modèles ont été élaborés dans ce travail : un modèle thermique unidimensionnel par différences finies prenant en compte les principaux phénomènes physiques caractérisant les transferts thermiques (conduction, rayonnement et évaporation de l’eau interstitielle) ; - un modèle thermo-élastique analytique en version unidimensionnelle et bidimensionnelle ; - un modèle thermo-hygro-mécanique représentant le mortier des blocs par un milieu poreux non saturé. La mise en place du modèle thermo-hygro-mécanique nous a conduit en particulier à revisiter l’expression des flux de gaz biphasiques correspondant à la diffusion (loi de Fick) et à la filtration (loi de Darcy) et à clarifier la notion de vitesse moyenne du gaz dans ce type de modélisation. Une étude paramétrique destinée à évaluer l’influence des différents paramètres caractérisant le milieu poreux a été effectuée. L’ensemble de ces modèles est alimenté par une campagne d’essais thermo-mécaniques sur les matériaux constitutifs des murs. La modélisation unidimensionnelle adoptée permet de reproduire avec une bonne approximation les températures mesurées expérimentalement à l’intérieur des blocs. L’application du modèle hermo-hygro-mécanique a permis de représenter la physique des flux de vapeur et des changements de phase au sein des matériaux. Enfin, la mise en oeuvre des deux modèles thermo-mécaniques a montré que le modèle unidimensionnel est mal adapté pour représenter le fonctionnement thermo-mécanique des murs. Le modèle thermo-mécanique bidimensionnel permet une évaluation convenable du fonctionnement du mur et permet également une explication de la différence de comportement observé entre les deux types de matériaux<br>This work is devoted to the implementation of a methodology comprising the various modeling and experimental tools which make possible to interpret analytically the behaviour of masonries of hollow concrete blocks observed during fire tests. The test results of fire resistance on two types of materials having a very different behavior are presented. Three models have been elaborated in this work : - a one-dimensional thermal model by the finite differences method taking into account the principal physical phenomena characterizing the thermal transfers (conduction, radiation and evaporation of pore water) ; - an analytical thermo-elastic model under one and two dimensional versions ; - a thermo-hygro-mechanical model representing the mortar of the blocks by an unsaturated porous media. The implementation of the thermo-hygro-mechanical model led us in particular to revisit the expression of biphasic gas flow corresponding to the diffusion (Fick’s law) and to filtration (Darcy’s law) and to clarify the concept of mean velocity of gas in this type of modelling. A parametric study intended to evaluate the influence of the various parameters characterizing the unsaturated porous media was carried out. The whole of these models is fed by thermomechanical experiments on the materials which constitute the blocs. The adopted one-dimensional modelling makes it possible to reproduce with a good approximation the temperatures measured inside the blocks during the experiments. The application of the thermo-hygro-mechanical model made it possible to represent the physics of vapor flows and phase change within materials. Lastly, the use of the two thermo-mechanical models showed that the one-dimensional model is badly adapted to represent the thermo-mechanical behaviour of the walls. The twodimensional thermo-mechanical model allows a suitable evaluation of the behaviour of walls and also allows an explanation to the difference between the tow kinds of behaviour which are observed experimentally

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche partenariale, dédié à l’utilisation de matériaux composites dans la construction navale par une approche basée sur l’ingénierie de la sécurité incendie. La motivation de ce travail a été de vérifier, de caractériser et de modéliser le comportement au feu d’un sandwich composite, préalable incontournable pour l’introduction de ce produit dans la construction navale. Pour ce faire, une méthode basée sur une approche combinée expérience-simulation, à échelle et à complexité croissantes, a été mise en œuvre. L’analyse du comportement au feu du matériau étudié a été réalisée successivement par cinq niveaux d’échelle, de l’échelle de la matière jusqu’à une échelle représentative de l’utilisation finale. La caractérisation expérimentale a été réalisée au moyen de bancs d’essais normalisés et de bancs de référence métrologique. Parallèlement, un outil de simulation numérique avancé a été utilisé pour simuler les processus de dégradation thermique, de combustion et de propagation de flamme pour ce sandwich composite. L’application pratique de ce travail a consisté in fine en l’étude du développement d’un incendie dans le cadre de simulations de scenarii d’incendie à l’échelle réelle d’un navire en structure composite<br>This thesis work comes within the framework of a collaborative research project, dedicated to the use of composite materials in shipbuilding by a fire safety engineering based approach. The aim was to check, characterize and modellize the fire behaviour of a sandwich composite, prerequisite for the introduction of this product in the shipbuilding. To achieve this, a method based on a combined test-simulation approach, with increasing scale and complexity, was used. The analysis of the fire behaviour of the material was carried out from matter scale, up to an end use representative scale, through five successive scale levels. Experimental characterization was performed using standard test benches as well as metrological reference benches. Meanwhile, an advanced numerical simulation tool was used to simulate the thermal degradation, combustion and flame spread processes, for this sandwich composite. The practical application of this work was finally to study the fire growth hazards, through simulations of real scale fire scenarios onboard a ship integrating composite materials

Le sujet de thèse concerne la modélisation du comportement au feu et de la dégradation thermique de matériaux textiles. Cette étude a permis d'évaluer les propriétés retard au feu d'un tissu à partir des tests classiques imposes actuellement par la réglementation (indice limite d'oxygène, facilite d'allumage, vitesse de propagation). A partir des résultats expérimentaux, une modélisation du comportement au feu a pu être établie pour différentes gammes de tissus. Ces différents modèles ont servi de base pour bâtir un outil d'aide à la décision : le logiciel au feu permet de définir les performances retard au feu par rapport à une composition de tissus donnée. La réglementation actuelle souhaite intégrer dans les normes les notions de débit calorifique, d'opacité des fumées et de toxicité des gaz générés au cours d'un incendie. Un nouvel outil d'évaluation permettant d'étudier ces différents aspects a été développé : le calorimètre a cône couplé a un spectromètre Infrarouge à Transformée de Fourier (I. R. T. F. ). Enfin, l'étude a permis de préciser le processus de dégradation thermique des différentes classes de matériaux sélectionnés et d'interpréter l'action spécifique de chaque type de fibre dans le processus de dégradation. Basée sur les analyses thermiques, l'étude cinétique a été réalisée en utilisant une méthode d'exploitation originale (méthode IKP), qui a permis de définir les paramètres cinétiques invariants pour chaque échantillon et de modéliser les dégradations.

La lutte contre les incendies de forêt commence très en amont des départs de feux par une politique volontariste de prévention du risque. Une des méthodes la plus utilisée est la réduction de la charge du combustible en utilisant la technique des feux contrôlés appelés aussi feux dirigés. Ces feux sont souvent menés en forêt et doivent être à faible intensité pour ne pas causer des dégâts importants sur les arbres et sur le sol. Ainsi, ils sont toujours conduits avec des conditions de propagation marginales. Ainsi une légère modification de ces conditions peut provoquer leur extinction. En effet, la probabilité de succès de ce type de feux dépend de plusieurs facteurs naturels (température ambiante, humidité relative, vitesse de vent…) et également des propriétés du couvert végétal (teneur en eau, forme, taille, densité, …). Le but de cette étude est d’identifier les principales propriétés du combustible permettant une propagation du feu dans ces conditions particulières, ainsi que l’influence de certaines propriétés du combustible et des conditions météorologiques (vitesse de vent, température ambiante, …) sur le comportement des feux marginaux. La valeur seuil de la teneur en eau provoquant une extinction sera plus particulièrement investiguée.Dans un premier travail portant sur la détermination de la teneur en eau d’extinction sous conditions de vent et pente nuls, trois modèles ont été utilisés : un modèle physique complet, basé sur une approche multiphasique (« FireStar2D »), un modèle analytique publié en 2014 par Balbi et al., et deux modèles expérimentaux, dont le premier est basé sur des séries de tests de brûlages réalisés au sein du laboratoire UMR CNRS SPE 6134 de l’université de Corse et dont le deuxième, purement empirique, a été proposé par Wilson en 1985. Ainsi, des simulations ont été réalisées avec FireStar2D à l’échelle du terrain, pour l’herbe et le maquis sous des conditions de vent faible et de pente nulle. En outre, des tests de brûlages sont menés à partir de la frisure de bois à l’échelle du laboratoire. Les différents résultats des simulations et des tests expérimentaux sont en adéquation avec ceux obtenus avec le modèle semi-physique. De plus, cette étude a permis de mettre en évidence l’effet de la charge surfacique et du LAI, « Leaf Area Index », sur le seuil d’extinction relié à la teneur en eau de la végétation.La deuxième partie de recherche a porté sur la détermination de la teneur en eau d’extinction sous condition d’un vent modéré ou fort. Des simulations numériques sont menées à l’échelle du terrain avec de l’herbe sous condition de vent afin de relier la teneur en eau d’extinction à la vitesse du vent et à la charge surfacique du combustible. Cette étude a permis également d’évaluer l’influence du vent et de la teneur en eau sur le comportement d’un feu marginal et plus particulièrement sur les caractéristiques de la flamme.Les résultats de ce travail de recherche sont encourageants et très intéressants pour les opérationnels qui travaillent dans les domaines de la gestion de terrain et de la lutte contre les incendies, vu l’importance des applications des feux marginaux dans ces deux domaines<br>Wildfire suppression begins before the start of a fire incidence with the application of many proactive prevention policies. One of the most common method is the reduction of the fuel load accumulation by using controlled fires techniques also called prescribed fires. These fires are often conducted in forests and their intensity must be low to prevent any major damage on trees and on the soil. Thus, they must propagate under marginal conditions. So, a slight modification of the propagation conditions can cause their extinction. Indeed, the probability of sustainability of this type of fire depends on several natural factors (ambient temperature, relative humidity, wind speed, etc.) and also on the fuel properties (water content, shape, size, density, specific heat of combustion…). The aim of this study is to identify the fuel properties allowing fire propagation under these particular conditions. Also, the influence of some fuel properties, and of meteorological conditions (wind speed, ambient temperature, etc.) on the behavior of marginal fires and especially on the fuel moisture content of extinction are investigated.During a first work about the determination of the threshold value of the fuel moisture content involving fire extinction under no wind and no slope conditions, three models were used: a complete physical model, based on a multiphase formulation (“FireStar2D”), an analytical model published in 2014 by Balbi et al., and two experimental models. The first one is based on experimental tests carried out in the UMR SPE 6134 laboratory at the University of Corsica and the second one is an empirical model proposed by Wilson in 1985. Thus, field scale simulations were carried out using FireStar2D, with grassland and shrubs as fuel under conditions of light wind and no slope. Moreover, laboratory scale experimental burnings were conducted with excelsior fuel beds. The different results of the simulations and the burning tests are in agreement with those obtained with the semi-physical model. In addition, the effect of fuel load and the LAI, « Leaf Area Index », on the fuel moisture extinction threshold are studied.In a second study, several field scale numerical simulations are conducted with grassland under non-zero wind conditions in order to relate the fuel moisture content threshold to wind speed and to fuel load. This study also allows us to evaluate the influence of wind speed and fuel moisture content on marginal fire behavior and especially on flame characteristics.The results are encouraging and interesting to operational people working in fire management and firefighting fields, given the importance of marginal fire applications in these two domains

L'objectif de ce travail était d'élaborer des nanocomposites argiles organo-modifiées/matrices PEHD et PCL afin d'optimiser leurs performances globales. Nous nous sommes intéressés, dans une première partie, à obtenir une dispersion maximale des feuillets d'argiles en optimisant les paramètres de procédé de l'extrusion bivis. L'utilisation d'un profil de vis cisaillant couplé à une vitesse de malaxage importante à la plus haute température était indispensable pour améliorer les performances mécaniques en traction de la PCL. Cependant, sa stabilité thermique et son comportement au feu se sont avérés insuffisants suite à l'addition des argiles organo-modifiées. L'utilisation de retardateurs de flamme était donc nécessaire. L'incorporation de phosphinates avec agent de synergie a permis d'améliorer significativement la tenue au feu de cette matrice. La deuxième partie de l'étude a consistait à développer une formulation et un procédé de fabrication adaptés à l'élaboration d'une feuille thermoplastique souple pour application(s) dans le domaine nucléaire. Ce film à base de PEHD et de nanoparticules d'argiles est destiné à pallier les inconvénients des feuilles de protection actuelles comportant des retardateurs de flamme halogénés<br>The objective of this work was to produce organo-modified clays (OMMT)/HDPE and OMMT/Poly(ε-caprolactone) nanocomposites in order to optimize their global performances. The first part of the study was devoted to the achievement of a maximal dispersion of the clay sheets through the optimization of processing parameters for the twin screw extrusion. The use of a shearing profile coupled to a high mixing speed at the highest temperature was necessary to improve the tensile mechanical properties of PCL. However, its thermal stability and fire behavior appeared insufficient after OMMT incorporation. The use of flame retardants proved to be necessary. The use of phosphinates with synergistic agents allowed the fire reaction of the polymer matrix to be significantly improved. The second part of the study consisted in the development of relevant compositions and process for the production of a flexible thermoplastic sheet for applications in the nuclear area. This HDPE and OMMT based film was dedicated to make up for the drawbacks of existing protection sheets containing halogenated flame retardants

Le développement d’avions toujours plus légers avec une utilisation accrue de pièces composites à matrice polymère renforcée par des fibres de carbone soulève plusieurs questions concernant la sécurité à bord, notamment en matière de comportement des matériaux et des structures exposés au feu. En cas d'incendie dans l’environnement moteur d’un avion, les matériaux constituants les aérostructures sont soumis à des températures élevées et doivent répondre à des exigences de sécurité. Les composites à matrice organique ont un comportement thermique, chimique et mécanique très complexe qui, lorsqu'ils sont associés à des pièces métalliques très chaudes, peuvent remettre en question la capacité coupe-feu de ces structures. Ainsi, l’ambition majeure de ces travaux de thèse est de mieux comprendre le comportement au feu des assemblages titane-composites<br>The development of increasingly lightweight aircraft with greater use of carbon fibre-reinforced polymer matrix composite parts raises a number of questions about on-board safety, particularly in terms of how materials and structures behave when exposed to fire. If a fire occurs in the engine environment of an aircraft, the materials constituting the aerostructures are subjected to high temperatures and must therefore meet safety requirements. Organic matrix composites have very complex thermal, chemical and mechanical behaviour that, when combined with very hot metal parts, could compromise the fireproofing capability of these structures. Thus, the major ambition of this thesis work is to gain a clearer understanding on the fire behaviour of titanium-composite assemblies

Modèle d'une structure tridimensionnelle à barres d'acier sous incendie. Développement en trois étapes: propriétés thermophysiques et mécaniques de l'acier; comportement non linéaire géométrique d'une structure tridimensionnelle; comportement d'une structure tridimensionnelle soumise a des gradients thermiques. Compression avec des essais dans les fours de la station d'essais du CTICM. Prise en compte des grandes déformations, et du fluage, avec une description dans le temps des effets de l'incendie

Les incendies graves qui se sont produits ces dernières décennies sur des ouvrages d’art ou d’habitation en béton tels ceux du tunnel sous la Manche (1996) ou du Mont Blanc (1999) ont mis au premier plan de l’actualité la problématique du béton soumis au feu et ses conséquences. Le béton ordinaire est cependant réputé pour sa bonne tenue au feu. Mais l’apparition et l’utilisation de bétons à hautes performances ou à ultra-hautes performances, tout en résolvant des problèmes techniques inédits, posent en même temps le problème de leur plus grande sensibilité au feu du fait de leur plus grande compacité. La présente étude est une contribution à la compréhension des processus de dégradations thermiques par une approche expérimentale et numérique. Dans l’approche expérimentale, des éprouvettes-dalle de béton à hautes performances formulé à base de sable normalisé et instrumentés de thermocouples ont été soumises à des essais d’écaillage thermique en suivant la courbe de température d’incendie standard ISO834 de l’Eurocode 2. Différentes données thermiques et évènementielles récoltées pendant et après les essais ont été analysées. Le temps au premier éclat, la température du four et celle du béton au premier éclat ainsi que les débris produits ont été caractérisés. En utilisant certains des résultats expérimentaux comme données d’entrée, la modélisation numérique a permis de déterminer de façon satisfaisante le champ de température dans les éprouvettes au cours des essais. Dans certains cas, le recours à la technique de l’analyse par méthode inverse a été nécessaire. En utilisant par la suite l’approche thermomécanique et en s’appuyant sur la loi de comportement d’endommagement isotrope de Mazars, il a été possible de calculer en particulier le champ d’endommagement dans les éprouvettes-dalles au cours des différents essais. La confrontation des résultats de la modélisation numérique avec ceux de l’expérience a montré que le champ d’endommagement modélisé est de nature à rendre compte des dégradations thermiques observées au cours des essais aussi bien en termes d’étendue que de profondeur<br>The serious fires that have occurred in recent decades on concrete structures or housing such as those in the Channel Tunnel (1996) or Mont Blanc (1999) have brought the issue to the fore of concrete subjected to fire and its consequences. Ordinary concrete is, however, renowned for its good fire resistance. But the appearance and use of high-performance or ultra-high-performance concretes, while solving unprecedented technical problems, simultaneously pose the problem of their greater sensitivity to fire due to their greater compactness. This study is a contribution to the understanding of thermal degradation processes by an experimental and numerical approach. In the experimental approach, high performance concrete specimens-slabs formulated from standardized sand and instrumented with thermocouples were subjected to thermal spalling tests following the standard ISO834 fire temperature curve of the Eurocode 2. Different thermal and event data collected during and after the tests were analyzed. The time to first burst, the temperature of the furnace and that of the concrete to the first burst as well as the debris produced were characterized. Using some of the experimental results as input data, numerical modeling allowed the temperature field in the specimens to be determined satisfactorily during testing. In some cases, the use of the technique of analysis by reverse method has been necessary. By subsequently using the thermomechanical approach and by relying on Mazars's isotropic damage behavior law, it was possible to calculate in particular the damage field in the test specimens-slabs during the various tests. The comparison of the results of the numerical modeling with those of the experiment showed that the modeled damage field is likely to account for the thermal degradations observed during the tests both in terms of extent and depth

L'etude porte sur la thermohydraulique et le rayonnement de flammes caracteristiques de differentes situations reelles d'incendies de type industriel. Un feu de nappe de produits industriels est simule par la combustion d'un melange gazeux hydrocarbure/additif inerte. La structure et l'impact radiatif de la flamme sur l'environnement sont evalues en fonction de la puissance du foyer et du confinement. Une technique de mesure experimentale originale, basee sur un traitement digitalise de l'image de l'emission spontanee de la flamme, a ete mis au point. Elle permet une estimation de l'evolution de la temperature le long de l'axe median de la zone reactive. L'incendie provoque par le dysfonctionnement d'un tableau electrique situe a hauteur d'homme sur un mur d'un local industriel est etudie dans la configuration simplifiee de simulation d'un feu de paroi verticale empietant sur un plafond (injection de combustible gazeux au travers d'un metal poreux). Des mesures de vitesse par velocimetrie doppler laser, de temperature par thermocouples fins, de flux de chaleur transmis aux parois, et de longueurs de flamme visible, sont obtenues. L'ensemble des resultats experimentaux permet de creer une base de donnees utile a l'ingenieur, pour mieux comprendre les phenomenes susceptibles de se produire lors d'un incendie, et au modelisateur de valider les modeles physiques et numeriques employes afin de developper des outils d'analyse de surete d'installations et ainsi limiter les risques a l'environnement

Parmi les méthodes d'allumage, l'initiation par diode laser présente de nombreux avantages. Les diodes laser sont très fiables, leur encombrement et leur poids sont faibles, elles peuvent donc facilement être utilisées dans les systèmes embarqués d'ignition. L'opto-inflammateur est composé de deux lentilles qui focalisent le faisceau laser sur le comprimé. Un hublot en saphir, juxtaposé à la composition pyrotechnique, protège l'ensemble optique mais provoque des pertes de chaleur qui se traduisent par une augmentation des seuils d'énergie. Ce montage a été utilisé pour déterminer la sensibilité de trois mélanges : Fe/KlO4, B/KClO4 et B/KNO3. Sur ce dernier, un comportement particulier a été observé car il y a une augmentation de l'énergie d'ignition lorsque la puissance laser augmente. Un emodélisation, basée sur une absorption progressive du faisceau laser à l'intérieur d'une composition pyrotechnique réactive a été mise au point. Elle tient compte des échanges d'énergie entre le système d'amorçage et le comprimé. Deux paramètres d'interface permettent d'optimiser les calculs. L'un concerne les échanges de chaleur au niveau de l'interface hublot/comprimé, l'autre concerne l'absorption du faisceau laser par le matériau énergétique. En combinant ces deux termes, il a été possible de corroborer les seuils expérimentaux sur cinq mélanges pyrotechniques.

Aujourd'hui, le secteur des transports est en pleine mutation avec la transition des véhicules thermiques vers les véhicules électriques. Par conséquent, les matériaux largement utilisés dans les véhicules, tels que le PPE, doivent également évoluer en raison d'exigences plus strictes en matière de propriétés ignifuges.Dans cette thèse, trois approches ont été envisagées pour améliorer les propriétés ignifuges du PPE et atteindre une classification V0 lors du test vertical UL-94, selon les trois différentes étapes de fabrication du PPE. Ces étapes sont : (1) le mélange du polypropylène (PP) avec divers additifs par un processus d'extrusion, (2) l'expansion du PP formulé, et (3) le moulage des billes de PPE dans la forme désirée. Avant d'étudier les différentes approches d'ignifugation de l'EPP, le test feu vertical UL-94 a été instrumenté afin d'en obtenir plus d'informations et de mieux comprendre les propriétés feux des différents matériaux. Les différentes approches envisagées ont été les suivantes : (1) l'incorporation de retardateurs de flamme (RF) et d'agents de synergie dans la matrice de PP avant l'expansion, il s'agit de l'approche la plus courante. Dans cette approche, la comparaison entre différent RF ayant des modes d'action différents (RF intumescent, générateur de radicaux libres, etc.) a été plus particulièrement étudiées. Une optimisation de la combinaison des RF et une étude de l'influence du mode de fabrication (étape d'expansion) ont été nécessaire. En effet, en raison de la grande quantité nécessaire et de leur potentiel rôle d'agents de nucléation, les RF peuvent perturber l'expansion du PP. Le mécanisme d'action des RF choisis a été étudié avant et après l'étape d'expansion. Il s'avère que l'étape d'expansion est une étape très complexe pour la conservation des propriétés feu qui a induit l'étude d'approches alternatives pour la validation de concept différents. L'alternative (2) concerne l'application d'un revêtement ignifuge sur les billes de PPE (avant le moulage) et la (3), l'application d'un revêtement ignifuge sur la pièce finale moulée (barreaux de PPE). Cependant, ces approches présentent également certains inconvénients. En effet, le PPE présente de faibles propriétés adhésions car il ne possède pas de groupes fonctionnels. Ainsi, une optimisation par traitement plasma est nécessaire pour augmenter l'adhésion du PPE. Plusieurs revêtements ignifuges ont été appliqués en surface et le moulage des billes de PPE revêtues a été étudiée. Les propriétés ignifuges des billes de PPE moulées revêtues et des barreaux de PPE revêtues ont été étudiées en utilisant le test vertical UL-94<br>Today the sector of transport is changing with the transition from thermal vehicles to electrical vehicles. Thus, the materials widely used in vehicles as EPP also have to change due to higher requirements in terms of fire properties.In this thesis, three approaches were considered to increase the fire properties of EPP and reach a V0 rating at UL-94 vertical test, according to the three steps of manufacturing EPP. In fact, to manufacture EPP, three steps are necessary: (1) the polypropylene (PP) is melt blended with various additives via an extrusion process, (2) the blended PP is expanded, i.e. an expansion gas is introduced into it to form EPP beads and (3) the EPP beads are then molded into the desired shape. Before investigating the different approaches, the UL-94 vertical test was instrumented in order to obtain more information and have a better understanding in terms of fire properties. The different approaches considered were: (1) incorporating flame retardants and synergists into the PP matrix before expansion, this is the most common approach. This approach was deeply investigated with a comparison between several FRs with different modes of action (intumescent FR, free radical generator, etc), an optimization of the most efficient FRs combination and a study of the influence of industrial manufacturing, especially the expansion step. Indeed, the FRs can disrupt the foaming processability (expansion step), due to the high amount of FRs needed and the fact that FRs can play the role of nucleating agents. Moreover, the mechanism of action of the chosen FRs was studied before and after the expansion step. To counter the complexity of the expansion step in the approach (1), alternative approaches were studied in order to validate others concept. The alternative (2), applying a flame-retardant coating on the EPP beads (before molding) and (3) applying a flame-retardant coating to the molded final piece (EPP bars). However, these approaches have also some drawbacks. Indeed, the EPP has poor adhesion properties because it has no functional groups. Thus, an optimization of a plasma treatment was needed in order to increase the adhesion of EPP. Several flame retardant coatings were applied on the surface and the moldability of the coated EPP beads was studied. Finally, the fire properties at UL-94 vertical test of the molded coated EPP beads and coated EPP bars were studied

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<br>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

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<br>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

Cette étude s’intéresse aux procédés d’ignifugation de deux thermoplastiques techniques, le poly téréphtalate de butylène (PBT) et le polyamide 6 (PA6), à application dans le domaine électrique et électrotechnique. Plus précisément, l’accent est mis sur l’ajout en masse de retardateurs de flammes à base d’azote et de phosphore. L’objectif de ce projet consiste à préparer de nouveaux retardateurs de flamme par voie de synthèse organique. Dans un premier temps, cinq phosphinates d’aluminium ont été préparés par amidification de l’acide hydroxyphenylphosphoryl propanoïque et réaction avec un promoteur d’aluminium. Ces sels ont été incorporés au PBT et au PA6, seuls ou en combinaison avec des co-additifs, puis testés à l’UL-94, test témoin de la propagation verticale de la flamme, très utilisé dans l’industrie électrique et électrotechnique. Parmi les cinq sels, seul le phenylamide de l’acide hydroxyphenylphosphoryl propanoïque (PAS) s’est avéré être un retardateur de flammes efficace. D’autres tests ont été réalisés pour approfondir les résultats. Une instrumentation du test UL-94 a également été développée pour établir les bases de la compréhension du mécanisme d’action de la formulation, approfondies ensuite dans une série de microanalyses. Il a été démontré que le PAS se décompose en entraînant la scission des chaînes de PBT et le refroidissement du matériau. La libération de composés phosphorés en phase gaz, bien que moins efficace que pour d’autres composés commerciaux, suffit à donner à la formulation sa propriété d’auto-extinction<br>This study deals with the flame retardancy of two engineering plastics, the poly(butylene terephthalate) (PBT) and the polyamide 6 (PA6), widely used in the electrical and electronic equipment (EEE). The focus is made on the incorporation of phosphorus- and nitrogen-containing flame retardant (FR) additives. The main goal of this project was to prepare novel FR through organic synthesis. Five aluminum phosphinates were prepared by reaction of amines on hydroxyphenylphosphnyl propanoic acid and an aluminum promoter. The salts were incorporated to PBT and PA6, with or without co-additives, and the materials were tested in the UL-94, test investigating the vertical propagation of the flame and widely used in the EEE industry. Among the five salts, only the aluminum salt of phenyl amide of hydroxyphenylphosphnyl propanoic acid showed outstanding properties as FR. Other tests were carried out, among which an instrumentation of the UL-94 test, to build a way to the comprehension of mechanisms. First observations were completed by various microanalyses. It has been shown that the decomposition of PAS enhances that of PBT in parallel to its cooling. The liberation of phosphorus-containing species in the gas-phase, despite les efficient than in the case of other commercial FR, gives the formulation its auto-extinguishing character

La généralisation de l'utilisation du bois en construction se heurte à des questions concernant la sécurité incendie. Les réglementations imposent une durée de stabilité au feu permettant l'évacuation des locaux et le combat de l'incendie. La résistance au feu des charpentes étant reconnue, l'exigence de stabilité se traduit par un besoin de connaissances sur le comportement au feu des assemblages. Ce travail concerne l'étude du comportement au feu des assemblages bois monotiges. Il est divisé en trois parties: l'influence de la température sur le module d'élasticité en flexion et sur la portance locale; la carbonisation du bois et l'influence d'une tige métallique au sein de ce matériau, puis la modélisation du comportement au feu des assemblages bois monotiges. Les deux premières parties de l'étude ont fourni des données mécaniques et thermiques qui ont permis de mettre en place un modèle simulant le comportement de l'assemblage et sa résistance avant rupture sous l'effet du feu<br>The more generalized use of wood for building raises concern for fire safety. The current standards require the structure stability for a minimum time to ensure the building evacuation and the fire fight. Considering that the fire endurance of wood is well-known, the stability requirement is mainly reduced to the understanding of the behaviour of wood joints on fire. The aim of this work is to study the behaviour of single-dowel timber joints and it is divided into three parts. The first part is a study of the influence of temperature on the modulus of elasticity and on the embedding strength in a range between 20 and 300 °C. In the second part the wood charring and the influence of a metallic dowel embedded in wood, is studied. In the third part, the fire behaviour of single-dowel wood joints is tackled. The first two studies have provided mechanical and thermal data to allow the development of a model to simulate the joint behaviour and its fire endurance before fracture

La compréhension des procédés d'ignifugation du PA6 basés sur l'emploi d'un retardateur de flamme (FR) phosphoré (OP1311) et/ou une argile organomodifiée (C30B) est l'objet de cette étude. En termes de propriétés feu, un effet de synergie est observé pour la formulation combinant les deux additifs. Les raisons de cet effet ont été étudiées et expliquées. La dispersion de l'argile étant nanométrique dans les composites avec et sans FR, l'explication de l'amélioration réside soit dans l'obtention de composés plus stables formés par réaction entre les constituants de la formulation, soit dans la résistance améliorée de la structure protectrice développée due à des interactions physiques. Pour mettre en évidence les éventuelles interactions chimiques, la dégradation thermique des additifs et des formulations a été étudiée. Aucune nouvelle espèce n'est formée lors de la dégradation thermique. Il n'y a donc pas de réaction chimique. Des interactions physiques doivent donc se produire et permettre cette amélioration du comportement du matériau sous flux de chaleur. L'évolution des structures qui se forment au cours de la dégradation des formulations sous flux de chaleur a été étudiée. Des mécanismes de protection ont été proposés pour expliquer l'effet de synergie.

L’objectif de ce travail de thèse consiste à élaborer des revêtements auto-stratifiants pour ignifuger du polycarbonate (PC). La nouveauté réside dans le développement de procédés répondant intelligemment aux enjeux écologiques et économiques actuels. Deux revêtements à base d’une résine thermodurcissable (époxyde) et thermoplastique (silicone, fluoropolymère) ont été développés. Une stratification parfaite a été observée par différentes techniques d’analyses, pour des épaisseurs inférieures à 130µm. L’influence du solvant, de l’agent durcisseur, des conditions de séchage, des agents ignifugeants et de leur phase d’incorporation a été étudiée. Finalement, un système dilué dans un mélange acétate de butyle : xylène (1:1) offre les meilleures propriétés (stratification, adhésion, aspect esthétique), avec la résine thermoplastique constituant la partie supérieure du film. De plus, l’ajout d’additifs (oxyde de fer, carbonate de calcium et deux additifs phosphorés) jusqu’à 10% en masse n’influence pas la stratification. L’oxyde de fer s’est révèlé être le meilleur candidat, conservant les propriétés du film et améliorant sa tenue au feu et au vieillissement (température, UV, humidité). En augmentant la stabilité thermique de la résine silicone, il réduit la combustibilité et l’inflammabilité du PC revêtu. Aussi, bien qu’il catalyse la dégradation de la résine fluorée, la propagation de flammes et l’apparition de gouttes enflammées est inhibée. La formation d’une couche protectrice limitant les transferts de masse entre le substrat et la flamme est ainsi valorisée. Une bonne résistance au vieillissement a été évaluée en termes de propriétés feu, de surface et d’adhésion<br>This PhD work is a proof of concept on the design of flame retardant (FR) self-stratifying coatings for polycarbonate (PC). This one pot process allows an eco- and smart-development of new products while reducing cost, processing time and solvent emission. In this work, two original self-layering coatings based on epoxy /silicone and /fluoropolymer blends were developed. Their perfect stratification was evidenced using different techniques, in a thickness range up to 130 µm. The influence of solvents characteristics, hardener, curing conditions, fillers and their incorporation phase was studied. Finally, the system diluted in butylacetate: xylene (1:1) leads to the best layering and adhesion, with the thermoplastic phase located on the top of the film. The FR fillers tested (iron oxide, calcium carbonate and two phosphorus based additives) do not affect the layering when introduced up to 10 wt.%. However, visual appearance and adhesion are strongly dependent on the solvent used. The best improvements in terms of FR properties, adhesion and weatherability (temperature, UV, humidity) were obtained by adding micrometric Fe2O3 particles: it allows the formation of a protective barrier which limits substrate/flame mass transfers, and prevents from the yellowing of the system under UV. Although Fe2O3 catalyzes the thermal degradation of the fluorinated resin, the coating reduces flame spread, dripping and slightly promotes the formation of a char. When added to the silicone-based blend, the thermal stability is improved, which allows reducing the combustibility and ignitability of the coated PC. Finally, those properties are relatively maintained after 8 weeks of ageing

Une prise de conscience commune des facteurs environnementaux et plus particulièrement du réchauffement climatique rend urgent un meilleur contrôle de la consommation d'énergie. Une solution consiste à réduire les pertes d'énergie dans les bâtiments en utilisant de nouveaux matériaux d'isolation thermique efficaces tels que les mousses polyuréthanes. Ces mousses sont des matériaux très performants et compétitifs au regard des autres solutions existantes. Cependant, elles sont extrêmement inflammables en raison de leur nature organique. Les chercheurs et industrielles ajoutent alors des molécules appelées retardateurs de flamme (RFs) dans leur composition afin d’éviter le départ d’un incendie ou encore de diminuer l’intensité de la combustion lorsqu’un feu se déclare. C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse dont l’objectif est d’étudier de manière systématique des mousses polyuréthanes (PUR) et polyisocyanurates (PIR). Le but est de proposer une démarche scientifique permettant un développement plus rapide et plus efficace de nouvelles formulations. Cette étude systématique a également été couplée à une étude multi-échelle du comportement au feu des mousses puisqu’un test à l’échelle du laboratoire a été développé: « le mini-SBI ». Les RFs étudiés dans ces travaux sont les RFs organiques phosphorés qui sont actuellement mis en avant afin de remplacer certains RFs halogénés qui pourraient être dangereux pour l’environnement et la santé. Les mécanismes de décomposition des mousses vierges et ignifugées ont été élucidés. Ainsi, dans le cas des RFs phosphorés, nous avons pu démontrer que leur mode d’action variait en fonction du degré d’oxydation du phosphore ainsi qu’en fonction de leur point de décomposition. De plus, l’efficacité des RFs varie également en fonction de la mousse utilisée (PUR ou PIR). Ces résultats pourront être mis à profit dans le développement de nouvelles formulations<br>A common awareness of environmental factors and more particularly of global warming makes it urgent to better control energy consumption. One solution is to reduce energy loss in building using new and efficient thermal insulation materials such as polymeric foams. Polyurethane (PUR) and polyisocyanurate (PIR) foams are very effective and competitive materials due to their low cost. However, these materials are extremely flammable due to their organic nature. Researchers and manufacturers add molecules called flame retardants (FRs) to their composition in order to prevent the outbreak of a fire or reduce the intensity of combustion when a fire breaks out. The objective of this PhD work is to study by systematic approaches the fire behavior of PUR and PIR foams. The aim is to propose a scientific approach allowing a quicker and more efficient development of new formulations. This systematic study was also coupled with a multi-scale study of the fire behavior of the foams, as a laboratory-scale fire test was developed (M-SBI), which allowed a quick and efficient examination of the formulations. The FRs studied in this work are phosphorus organic FRs which are currently promoted to replace some halogenated FRs which could be dangerous for the environment and health. The mechanisms of degradation of virgin and flame retarded foams were elucidated using various analytical tools. Thus, in the case of phosphorus FRs, we were able to demonstrate that their mode of action varied according to the phosphorus oxidation degree as well as according to their point of decomposition. Moreover, the efficiency of the FRs also varies according to the foam used (PUR or PIR). All these results can thus advantageously be exploited to propose future efficient flame retardants for specific systems to reduce the combustion intensity of the foams

Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est un thermoplastique présentant de nombreux avantages (transparence, légèreté, flexibilité). Cependant, le caractère inflammable du PMMA est un frein pour son utilisation dans de nombreuses applications, connaissant les pertes humaines et matérielles causés par les incendies. Cette thèse avait donc pour but d'améliorer la stabilité thermique et le comportement au feu du PMMA. Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence de la dispersion de kaolins purs et traités sur le comportement au feu et la dégradation thermique du PMMA. Nous nous sommes ensuite orientés vers la modification chimique du PMMA par la méthode de copolymérisation du méthacrylate de méthyle (MMA) avec deux co-monomères phosphonés. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'incorporation chimique ou physique de deux types de particules de polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) dans le PMMA ou dans le PMMA modifié (copolymère (MMA – co- monomère monophosphoné)). Cette dernière partie a permis de mettre évidence l'effet bénéfique de la combinaison des particules de POSS et du PMMA modifié sur la dégradation thermique et l'inflammabilité de PMMA. Dans nos travaux, une attention particulière a été portée sur l'effet de phosphore en phase gazeuse et en phase condensée. Dans ce contexte nous avons pu définir, pour le PMMA modifié par les co-monomères phosphonés, un indice d'efficacité du phosphore pour chaque phase<br>Poly(methylmethacrylate) (PMMA) is an important thermoplastic, widely used in industry. Unfortunately, it is a highly flammable polymer. The aim of this research was to improve the thermal stability and fire behavior of PMMA. First, we studied the influence of the dispersion of pure or treated kaolin on the fire behavior and thermal stability of PMMA. In second part of this work, the chemical modification of PMMA, using copolymerization of methyl methacrylate (MMA) with two phosphonated co-monomers was studied. Finally, we interested in chemical or physical incorporation of two types of polyhedral oligomeric silsesquioxane particles (POSS) in the PMMA or modified PMMA copolymère (MMA – co- monophosphonated monomer)). The effect of the combination of POSS particles and modified PMMA on the thermal degradation and flammability of PMMA was studied. In our work, the effect of phosphorus in the gas and condensed phase was separately studied. This study allowed us to define an efficiency index of phosphorus in each phase

Les enduits textiles polyuréthane (PU), présents dans de nombreux secteurs industriels, ont deux inconvénients. D'une part, leur mise en oeuvre est rendue délicate par la présence de fonctions isocyanates toxiques et très réactives. D'autre part, les procédés d'ignifugation utilisés pour les enduits PU ne sont pas totalement satisfaisants. Notamment les sels de phosphate d'ammonium, qui sont des additifs "retard au feu" (FR) non toxiques développant avec les PU un système intumescent, ont le défaut de migrer à travers les matrices polymère et d'ètre solubles dans l'eau. Nous avons développé deux solutions innovantes, basées sur le concept de la microencapsulation. La dispersion dans un polyol de microcapsules renfermant un diisocyanate liquide peut aboutir à une formulation PU monocomposant d'utilisation simple et sans danger. Les contraintes thermomécaniques des machines d'enduction permettent de libérer le diisocyanate au dernier moment<br>L'incorporation dans une formulation PU de phosphate d'ammonium encapsulé avec une membrane imperméable peut donner un caractère FR permanent à l'enduit. Cette étude est consacrée à la mise au point de procédés de microencapsulation, principalement selon la technique par polymérisation interfaciale, pour l'isophorone diisocyanate (IPDI) et pour le diammonuim hydrogénophosphate (DAHP). Différents paramètres expérimentaux ont étés maitrisés afin de donner aux deux types de microcapsules les caractéristiques déterminantes pou leur application : contrôle de leur taille, de leurs propriétés thermomécaniques et de la perméabilité de leur membrane. Après l'étude de la réactivité d'un mélánge microcapsules d'IPDI - polyol, nous sommes parvenus à synthétiser un PU solide avec une température de réaction peu élevée (80°C). Les microcapsules de DAHP donnent aux enduits PU appliqués sur tissu coton un réel effet retardateur de flamme, même si le char développé avec les microcapsules résiste un peu moins bien à la chaleur que celui avec le DAHP pur

La compréhension du comportement au feu des structures en béton nécessite l’étude des phénomènes à différentes échelles, de la microstructure à la macrostructure. Ce travail s’est attaché à comprendre les interactions entre les phénomènes ayant lieu à ces différentes échelles. L’étude de la transformation des phases de la matrice cimentaire à haute température, en faisant appel à différents moyens de caractérisation (DRX, ATG/DSC, MEB environnemental), a permis de mettre en avant le fait que le développement de nouvelles phases telles que la Katoite ou la Jafféite pourrait être à l’origine de l’augmentation de résistance des bétons à 200°C. Il a par ailleurs été démontré l’impact majeur de l’état de contrainte, entre échelle intermédiaire et échelle 1, sur les faciès d’éclatement d’éléments en béton. Ces essais à l’échelle 1 ont été réalisés avec le dispositif Prométhée, mis en oeuvre pour caractériser de manière innovante les éléments de structure en reproduisant l’état de contrainte thermique et mécanique de la structure testée dans le contexte de l’ouvrage. Ces essais font appel à une approche en sous-structuration dans laquelle les efforts développés en temps réel dans les vérins sont ajustés en fonction des déformations du corps d’épreuve et d’une matrice de rigidité représentant l’environnement de l’ouvrage testé<br>The full understanding of concrete structure behavior submitted to fire requires to study the phenomena at different scale, from micro scale to macro scale. The aim of this work is to understand the links between the phenomena observed at different scale. This study investigates the chemical phases’ transformation at high temperature thanks to different means of characterization of the microstructure (XRD, DSC, Environmental SEM …). It has been demonstrated that the increase in compressive strength at 200°C may be due to the formation of Katoite or Jaffeite. Moreover, the major part played by the stress state of the concrete elements on the spalling behaviour, between intermediate and full scale, has been put forward. The full scale tests have been done with Promethee Laboratory, new and innovative testing facility which allows to take into account the interactions during a fire between the tested element and the surrounding cold building. The tested element is as a result in a real mechanical and thermal stress state. This approach is based on a substructuring system. The hydraulic jacks forces will be time dependent and calculated taking into account both the deflected shape and the stiffness matrix of the cold surrounding building

La prise de conscience sociétale vis-à-vis des problèmes environnementaux augmente et conduit à une forte demande en matériaux issus de ressources renouvelables, comme les biocomposites. La sensibilité thermique et le comportement au feu restreint leur utilisation pour certaines applications comme le bâtiment. La réglementation en matière de sécurité incendie est très importante et nécessite donc de trouver des solutions adaptées pour améliorer le comportement au feu de ces matériaux. Dans ce contexte, nous avons dans un premier temps étudié la dégradation thermique et le comportement au feu des fibres naturelles seules et particulièrement l'impact de ses composants sur le comportement au feu. Ensuite, nous avons étudié la réactivité de quatre fonctions (amine, acide carboxylique, alcoxysilane et acide phosphonique) sur la fibre de lin et ses composants (cellulose, hemicellulose, lignine). La caractérisation des greffages a été réalisée de manière originale par des techniques de dégradation thermique.Ensuite, nous nous sommes intéressés à la dégradation thermique et au comportement au feu de biocomposites. Nous avons étudié le comportement au feu de biocomposite à base de PBS et de fibres naturelles en faisant varier différents paramètres comme le taux de fibres, la nature des fibres et l'influence d'un retardateur de flamme phosphoné. Deux stratégies d'ignifugation ont été testées : l'ajout en masse dans la matrice et le greffage sur les fibres naturelles de retardateur de flamme. Pour aller plus loin dans les stratégies d'ignifugation par greffage de retardateur de flamme, nous avons comparé l'influence du greffage d'une molécule et d'une macromolécule sur le comportement au feu du lin et du biocomposite PBS/lin<br>The environmental awareness in the society is increasing and leads to a strong demand in material from renewable resources, such as biocomposites. The thermal sensitivity and the flammability restrict their use for certain applications such as building. The fire safety regulation is of prime importance and requires adaptive solutions to be found to improve the fire behavior of these materials.In this context, we have studied the thermal degradation and the fire behavior of natural fibers and particularly the effect of its components on the fire behavior. Then, we studied the reactivity of four moieties (amine, carboxylic acid, alkoxisilane and phosphonic acid) on the natural fibers. The grafting characterization was carried out with original techniques based on thermal degradation.Then, we are interested on the thermal degradation and the fire behaviour of biocomposites. We studied the fire behaviour of biocomposite based on PBS and natural fibers varying different parameters such as the amount of fibers, the type of natural fibers and the influence of a phosphonated fire retardant. Two fireproofing strategies have been tested: the addition in polymer matrix and the grafting on natural fibers of fire retardant. To go further in the fireproofing strategy by fire retardant grafting, we have compared the influence of the molecule or macromolecule grafting on the fire behaviour of flax and PBS/flax biocomposite

L'objectif de cette etude est d'utiliser et de developper la technologie du cone calorimetre pour evaluer le comportement au feu des materiaux. De nouveaux parametres d'evaluation sont introduits et exploites : le figra permet de definir, pour le materiau selectionne des epaisseurs critiques. L'introduction de differents potentiels de risque conduit a un classement des materiaux consideres les indices de combustion permettent de caracteriser la performance au feu du materiau a travers une approche globale, leur exploitation apporte des informations complementaires par rapport aux resultats obtenus en utilisant les parametres traditionnels. Par ailleurs, une methode analytique specifique associant le cone calorimetre et l'infrarouge a transformee de fourier est developpee. Elle permet d'analyser en temps reel et de maniere quantitative, les toxiques majeurs liberes au cours de la degradation thermique ou de la combustion d'un materiau. L'etude permet egalement de mettre en evidence et d'expliquer, par rapport a la tenue au feu, des effets d'antagonisme ou de synergie lorsque des materiaux sont utilises en association. Dans le cas d'une juxtaposition, il apparait que l'association pvc - polycarbonate v0 est la plus performante. Dans le cas de superpositions de matieres, des phenomenes de protection sont mis en evidence. L'exploitation de la technologie du cone calorimetre a ete etendue a des essais sur produits installes dans leurs conditions finales d'utilisation. L'evaluation de conduits isolants debouche sur des propositions visant a ameliorer les prescriptions d'installation des ensembles dans lesquels ils sont impliques. L'evaluation de differents ensembles de produits montre que la degradation du pvc a un effet favorable sur la performance au feu des produits environnant. De plus, la substitution du pvc par une matiere alternative se traduit par une perte de performance du produit.

La construction de bâtiments à énergie positive et à faible empreinte carbone constitue une véritable réponse aux enjeux et défis environnementaux de ces prochaines décennies. Un point clé pour la réalisation de tels bâtiments est le comportement au feu de ces ouvrages. En effet, lorsque le bois est soumis à une sollicitation thermique, celui-ci va se dégrader, voire même s’enflammer et, lorsque les conditions le permettent, s’éteindre. Cependant, l’état de l’art actuel met en évidence la disparité des résultats expérimentaux sur un même matériau soumis à un essai donné comme le cône calorimètre par exemple. L’objectif de la thèse présentée ici est d’appréhender expérimentalement l’auto-inflammation, la dégradation et l’auto-extinction du matériau bois utilisé dans les bâtiments. Pour cela, de nombreux essais à différentes échelles ont été effectués afin d’étudier la capacité du matériau bois à s’enflammer ou à s’éteindre de lui-même selon des conditions prescrites. Au total, 600 tests ont été effectués en orientation verticale et permettent de conforter les résultats avec une approche statistique. Une métrologie dédiée a été mise en place et a été déployée sur chaque dispositif expérimental étudié : une caméra infrarouge permettant d’obtenir la température de surface des échantillons lorsqu’ils sont soumis à une sollicitation thermique, deux caméras rapides (visible et infrarouge) pour filmer la localisation et les mécanismes d’auto-inflammation et des thermocouples très fins encastrés dans le bois de façon à mesurer l’évolution de la température dans le matériau selon des conditions fixées. Les travaux menés ont montré que pour l’auto-inflammation, la notion de température d’inflammation du matériau pouvait être discutable lorsque l’inflammation se produit à des temps courts. En effet, l’apparition de la flamme se situe alors, dans la majeure partie des expériences, à une distance éloignée de la surface exposée à la sollicitation thermique. Les mécanismes d'apparition de la flamme ne dépendent alors pas de la température de surface mais des conditions de mélange gaz/air ainsi que de la température de ce mélange. La température de surface à l'auto-inflammation n’a donc de sens que pour des temps d'auto-inflammation longs, pour lesquels l’inflammation se produit à proximité de la surface. La dégradation des échantillons dépend de nombreux facteurs. L’effet de certains de ces paramètres a été considéré dans ce travail. Une attention particulière a été portée sur la mise en place d’une métrologie visant à obtenir des mesures précises et fiables. Des thermocouples très fins, noyés dans l’échantillon et orientés parallèlement aux isothermes permettent une meilleure estimation de la température et ont donc été utilisés. Enfin, un nouveau dispositif expérimental basé sur deux cônes calorimètres disposés sur un système de table coulissante a été mis en place et a permis de déterminer des critères simples d’auto-extinction du bois à petite l’échelle<br>The construction of positive energy and low carbon footprint buildings is a real response to the environmental issues and challenges of the coming decades. An increasing number of high-rise building construction projects made largely of wood are either under study or under construction. A key issue for the construction of such buildings is the fire behavior of these structures. Indeed, when the wood is subjected to a high heat flux, it will degrade and it can self-ignite. Conversely, in certain conditions, wood can self-extinguish. However, the bibliography shows the disparity concerning experimental results for a same material subjected to a given test such as the cone calorimeter. The results on the wood extinction remain limited in view of recent research carried out on this phenomenon. The aim of the thesis is to experimentally study the self-ignition, degradation and self-extinction of the wood material used in buildings. For this, many tests at different scales have been performed to examine the ability of the wood material to self-ignite or self-extinct under prescribed conditions. A total of 600 tests, were performed in vertical orientation and allowed to consolidate results with a statistical approach. A dedicated experimental setup has been deployed on each experimental device studied: an infrared camera providing to measure the surface temperature of the samples when they are subjected to a heat flux, two fast cameras (visible and infrared) in order to record the location and the auto-ignition mechanisms and very thin thermocouples embedded in the wood to measure the temperature evolution in the material according to fixed conditions. Results showed that for the auto-ignition (i.e. without pilot), the notion of ignition temperature of the material could be questionable when the ignition occurs at short times. Indeed, the flame appearance is, in most of the experiments, at a distance far from the exposed surface to the heat flux. The ignition mechanisms do not depend on the surface temperature but on the gas / air mixing conditions as well as the mixture temperature. The auto-ignition surface temperature makes therefore sense only for long auto-ignition times, for which ignition occurs close to the surface. The samples degradation depends on many factors: sample orientation, sample humidity, wood species, oxygen concentration in the atmosphere. The effect of these parameters was considered in this work. A particular attention was focused on the establishment of a metrology aimed at obtaining precise and accurate measurements. Very thin thermocouples, embedded in the sample and oriented parallel to the isotherms allow a better estimation of the temperature and were therefore used. Finally, a new experimental device based on two cones calorimeter arranged on a sliding table system was set up and made it possible to determine simple criteria for wood self-extinguishment at small scale

Pour être commercialisés et installés à bord des navires, les panneaux structuraux tels que les cloisons et les pontsdoivent passer avec succès un essai normalisé de résistance au feu de type ISO 834. De tels essais sont longs et coûteux,les constructeurs de panneaux souhaitent par conséquent maximiser les chances de succès lors du passage de leur produitau test en particulier pour les designs alternatifs que constituent les sandwichs composite.La simulation par éléments finis est un outil pour modéliser le comportement thermomécanique de telles structures.Les codes industriels comme SAMCEF qui a été utilisé dans ce travail sont capables de réaliser des analyses thermiquesavec dégradation et des analyses mécaniques mettant en jeu la gestion du contact, la dégradation des propriétésmécaniques et la perte des structures par ruine.L’enjeu de cette étude est d’abord identifier les spécificités de telles structures particulières par leur taille, leurconception, de déterminer quelles sont les données thermiques et mécaniques nécessaires pour alimenter le modèlenumérique et le cas échéant de les construire à partir des résultats de la réaction au feu des matériaux. Des modèlesnumériques que l’on souhaite robustes et utilisables dans un contexte industriel, sont développés pour déterminer lecomportement thermomécanique de tels panneaux. Ils prennent en compte l’évolution des propriétés thermiques etmécaniques des matériaux en cours de dégradation. Ces modèles doivent permettre par la suite l’estimation desperformances de nouveaux designs lors d’un essai de certification ISO 834<br>Structural panels used in naval industry such as bulkheads and decks must succeed in standard certification testssuch as ISO 834 to be commercialized and settled on board. As these tests are long and expensive, panel manufacturerswish to maximize chances of success for their panels when submitted to certification tests especially when it comes toalternative designs such as composite sandwich panels.Finite elements analyses are used to model thermo-mechanical behavior. Industrial software such as SAMCEF,which was used to conduct this work, are able to solve thermal analyses with degradation and mechanical analyses involvingcontact conditions, degradation of mechanical properties and loss of structures due to failure.The objective in this study is to first identify characteristics of these structures. They are special due to their size andtheir manufacturing. This study aims also to determine thermal and mechanical data required for numerical modeling.When necessary some data can be computed from results coming from the results of the materials’ reaction to fire.Numerical models are developed to determine thermo-mechanical behavior and are designed to be robust and used inindustrial context. They include the evolution of thermal and mechanical properties during the degradation process. Thesemodels must enable to estimate the performances of innovative designs during an ISO 834 certification test

L'objectif de ces travaux est d'améliorer la compréhension de la propagation du feu à grandes échelles au sein des entrepôts de stockage en racks. L'outil numérique utilisé est FDS (Fire Dynamics Simulator), modifié pour le cas présent. Il est basé à la fois sur la résolution des équations de Navier-Stokes à faible nombre de Mach et sur les équations de conservation de l'énergie, de la masse et des espèces chimiques. Un modèle de fraction de mélange à chimie infiniment rapide est retenu pour simuler la combustion. A ceci viennent s'ajouter un modèle sur le rayonnement s'appuyant sur l'équation de transfert radiatif et un modèle de pyrolyse obéissant à une relation simple d'Arrhenius. Le modèle de sous-mailles (basé sur le modèle de Smagorinsky), est retenu pour la simulation de l'écoulement turbulent. FDS est validé par comparaison issue d'expériences de feux réalisées en espaces ouverts et confinés. Ceci permet de prévoir les caractéristiques principales du feu, telles que la hauteur de flamme au dessus du rack, la vitesse de propagation, les échanges radiatifs, convectifs, etc. Une étude préliminaire, basée sur la simulation d'une partie d'entrepôt, détermine les paramètres caractéristiques influençant la progression du feu parmi les racks tel que la hauteur du plafond. Enfin, la simulation d'un entrepôt entier sous différentes configurations, apporte des informations globales (puissances libérée par l'incendie. . . ) sur la manière dont un feu se propage au sein d'un grand nombre de racks<br>The objective of this work is to improve the understanding of fire spread at large scales within the rack storage in warehouses. The numerical tool used is FDS (Fire Dynamics Simulator), modified for the present case. It is based on the resolution of the Navier-Stokes equations appropriate for low Mach number and of the conservation equations of energy, mass and species. A mixture fraction model with infinitely fast chemistry schema is used for simulating the combustion. The equation of radiative transfer and a pyrolysis model obeying a simple Arrhenius relation are also been incorporated. The standard sub-grid scale model (Smagorinsky's model) is adopted in the LES (Large Eddy Simulator). At first, FDS is validated by comparing results from experiments of fires carried out in open and in confined spaces. This makes it possible to predict the principal characteristics of fire, such as the flame height above the top of the rack, the flame propagation rate, the radiative and convective fluxes. . . A preliminary study, based on the simulation of an area of a warehouse, determines the parameters supporting the progression of fire among the racks such as the height of the ceiling. Finally, the simulation of a whole warehouse under various configurations, provides detail informations (powers released by the fire. . . ) on the way a fire is propagates in the presence of a large number of racks

Les textiles jouent un rôle important dans notre vie quotidienne. La plupart des fibres textiles et des tissus sont fabriqués à partir de polymères à base de pétrole, des matériaux inflammables et potentiellement dangereux. Afin de conférer le caractère ignifuge aux fibres textiles; entre autres, les composés halogénés sont plus efficaces et largement utilisés pour améliorer le comportement ignifuge des matières textiles. Cependant, en raison de la toxicité des composés halogénés et de l'épuisement progressif des ressources pétrolières, les communautés scientifiques et industrielles sont obligées de trouver des solutions alternatives. Par conséquent, on s’intéresse de plus en plus aux ressources durables, en particulier au développement de systèmes ignifugeants fabriqués à partir de ressources biologiques et respectueux de l’environnement non halogénés. Dans le contexte de l’utilisation de ressources biologiques, une attention particulière a été appelée pour la biomasse. Après la cellulose, la lignine est le deuxième polymère de biomasse le plus abondant et le principal à base d'unités aromatiques. En particulier, la lignine est avantageuse car c’est un coproduit des industries de la pâte à papier et de la fabrication du papier et non une ressource qui nécessite une production spécifique. En fait, sa structure chimique hautement aromatique permet d’améliorer différentes propriétés fonctionnelles telles que la résistance aux UV, l’antioxydant et l’ignifugation des polymères. Récemment, la lignine a fait l’objet d’une grande attention en tant qu’additif retardateur de flamme d'origine biologique en raison de son aptitude élevée à la formation de carbone après la décomposition thermique. Cette capacité de formation de carbone de la lignine en fait un candidat de choix comme source de carbone pour un système intumescent avec un autre additif ignifuge. Lors du chauffage, les matériaux intumescents ignifuges (FR) forment une couche carbonisée cellulaire expansée; agissant comme une barrière physique contre le transfert de chaleur et de masse, qui protège le matériau sous-jacent de l'action du flux de chaleur et de la flamme.Au meilleur de nos connaissances, aucune étude n'a été publiée concernant l'introduction de la lignine en tant que source de carbone dans les structures textiles pour leur conférer des propriétés ignifugeantes. Par conséquent, dans cette étude, la lignine a été introduite dans la structure textile lors de la composition. Cette thèse porte sur le développement de la structure textile ignifuge entièrement biosourcée. Pour atteindre cet objectif, l'approche en plusieurs étapes est adoptée. Dans une première étape, la matrice polymère biosourcée a été sélectionnée pour produire la structure textile et la méthode d’incorporation de la lignine a été étudiée et optimisée. Ensuite, les propriétés ignifuges apportées par la lignine ont été caractérisées et améliorées en ajoutant un additif ignifuge dans les formulations (par exemple, utilisation de sources acides pour développer un système intumescent pouvant améliorer la résistance des textiles au feu). Dans la deuxième phase du projet, la lignine a été combinée à la source d'acide d'origine biologique pour développer une nouvelle génération de structures durables (100% biosourcées) destinées aux marchés du textile. La principale avancée technologique consiste à utiliser et à combiner différents composants biosourcés utilisés dans d'autres industries, telles que l'industrie du plastique, afin de développer des solutions textiles<br>It has been chosen to study valorization of low-cost industrial lignin as additive in designing the flame retardant (FR) system for polyamide 11 (PA) to develop biobased textile structure. The main focus of this thesis work is to consider lignin as carbon source and introduce in a textile structure in combination with phosphinate salt (FR agent). In the primary study, chemically different industrial lignins were incorporated in PA by extrusion to investigate the charring and fire retardant behaviour of the prepared binary blends. In addition, the introduction of sulphonated lignins significantly reduced the peak of the heat release rate (PHRR) and of the total heat release (THR), and a noticeable increase of the char residue was observed after forced combustion test. In the next approach, lignin was exploited as carbon source in combination with commercially available phosphinate FR (i.e., ZnP and AlP). To achieve this objective, a preliminary study carried out with laboratory grade lignin (LS) combined with ZnP to investigate the thermal stability and fire performance as well as the possible synergy between lignin and ZnP and with the polymer matrix. The results obtained in this study permitted to continue further, the practical implementation of lignin and multifilament production. In the next step, flame retarded blends were developed with direct addition of low-cost industrial lignins (LL and DL) with phosphinate FR. For the systematic understanding, various FR formulations were developed by varying the lignin and FR loading and characterized. Thermal decomposition analysis showed that the presence of lignin decreases the initial decomposition temperature (T5%) due to the decomposition of lignin which starts at a lower temperature region with the evolution of less thermally stable compounds and the maximum decomposition temperature (Tmax) shifts to higher temperature region, at this stage the formation of phenolic, carbonyls, hydrocarbons and CO2 along with phosphinate compounds occurs. Meanwhile, in the condensed phase thermally stable aromatic charred layer is formed because of lignin decomposition and phosphate compounds formation due to the presence of phosphinate metal salt. A higher amount of char residue is obtained when LL combined with ZnP/AlP as compared to the DL and ZnP/AlP blends. It is assumed that, during decomposition of LL, the sulfonate compounds release SO2 and transformed into thermally stable Na2SO4, hence giving rise to the stable char residue. The fire properties were assessed by cone calorimeter tests revealed the combination of lignin and phosphinate FR significantly reduced the PHRR and other fire-related parameters due to the formation of a protective char layer. The presence of lignin not only improve fire retardancy but also reduced the evolution of carbon monoxide (CO). More enhanced fire retardant properties were obtained with LL and ZnP/AlP combination reaches to 10 wt% in ternary blends, which not only promotes char formation but also confer the stability to char in the condensed phase. Furthermore, the most enhanced forced combustion results were obtained with LL and AlP (in particular, PA80-LL10-AlP10). Multifilament yarns were successfully produced for PA-DL-ZnP and PA-LL-ZnP combinations. However, the blends of AlP with lignin were not spinnable because of low compatibility and dispersion level of AlP in the polymer. Optical microscopy and tensile tests were performed to study the physical properties of multifilaments. A double layer (interlock structure) knitted fabrics were developed to evaluate fire behaviour analysis on fabric samples

Cette étude a focalisé sur le retard de flamme du polybutylène succinate (PBS) qui est un polymère bio-sourcé et biodégradable et qui a des bonnes propriétés mécanique par multiple méthodes. Dans ce contexte, modification d’isosorbide a été réalisé pour obtenir des retardateurs de flamme bio-sourcé. Puis, isosorbide et poly(isosorbide)carbonate (PIC) a été extrudé avec PBS et des retardateur de flamme intumescent. Cela a montré l’augmentation des propriétés retard de flamme dans la phase condensé qui a une augmentation de taux de char et diminution de pHHR et THR. Un retardateur de flamme conventionnel, DOPO, a présenté des super propriétés de retard de flamme pour PBS dans la phase gazeuse. Il a montré une grande augmentation de temps d’ignition de 119 s à 410 s dans MLC test quand il est incorporé 10 wt% dans du PBS. Une UL-94 instrumentation original a été désigné pour l’investigation de ses mode d’action pendant un scénario de feu. Ces études ont fourni des informations pour les futurs travaux sur le retard de flamme des polymères bio-sourcés<br>This study was dedicated to the development of flame retarded polybutylene succinate (PBS), a bio-based polymer, which possess good mechanical properties and biodegradability, by various different approaches. In this context, modifications of isosorbide were achieved to obtain bio-based flame retardants. Then isosorbide and poly(isosorbide) carbonate (PIC) were blended with PBS and APP to form intumescent flame retardant system acting as carbonization agent. It shows the improvement of the flame retardant properties in the condensed phase where the yield of residual char was increased and the pHRR and THR were decreased. A conventional flame retardant, DOPO, showed some super flame retardant property for PBS in the gaseous phase. It had an improvement of the ignition time from 119 s to 410 s in MLC test when 10 wt% of DOPO was incorporated in PBS. An original UL-94 instrumentation was designed to investigate its mode of action during a fire scenario. These studies have provided the information for the future works on flame retardancy of bio-based polymers

L’incendie reste un des sujets redoutés par les industries, les services et autres moyens de production. Ce phénomène par définition incontrôlé dans le temps et dans l’espace est souvent responsable de perte de vies et de biens. Deux types d’agression peuvent être répertoriés en cas d’incendie l’agression thermique par suite de génération de chaleur engendrant la destruction des matériaux et l’agression liée aux fumées toxiques et/ou corrosives, capables de se répandre au-delà du foyer incendie. Pour approfondir les connaissances sur le comportement au feu de matériaux tel que les câbles électriques, cette étude consiste à mettre au point un banc expérimental par couplage Mass Loss Cone, Spectrométrie Infrarouge à Transformée de Fourier et Impacteur Basse Pression (MLC/FTIR/ELPI). Dans l’optique de caractériser simultanément les paramètres physiques de dégradation (taux de dégagement de chaleur, flux critique, chaleur effective de combustion), les gaz et suies (qualitativement et quantitativement) dans les fumée d’incendie. Après la conception du couplage MLC/FTIR/ELPI, le développement des méthodologies compatibles avec l’analyse qualitative et quantitative des gaz et des suies : la justesse, la fiabilité et la répétabilité du banc ont été démontrées avec l’éthylène vinyle acétate/Aluminium tri-hydroxyde comme matériaux de références. Le couplage MLC/FTIR/ELPI a été ensuite appliqué sur un cas réel de câble électrique non halogéné. Il est apparu comme une proposition complète pour la caractérisation du comportement au feu des matériaux et répondre à des questions de sûreté incendie et de recherche et développement<br>A bench-scale test combining mass loss cone, Fourier transform Infrared Spectroscopy and Electrical Low Pressure Impactor (MLC/FTIR/ELPI) was developed to enable simultaneous evaluation of the flammability parameters, the gases evolved (qualitative and quantitative evaluation) and the smoke particles (size distribution and concentration) generated by the combustion of the studied materials. This bench test is designed specifically to investigate the fire behaviour of manufactured products such as electric cables, as it is difficult to fully examine the latter with bench tests of the type thermogravimetry or pyrolysis - gas chromatography/mass spectrometry, which can only hold small quantities of sample (from µg to a few mg). After setting up the MLC/FTIR/ELPI coupling, methodologies were established for qualitative and quantitative analysis of evolved gases and smoke particles. Experimental trials conducted on ethylene vinyl acetate (EVA) and ethylene vinyl acetate/aluminium trihydroxide (EVA/ATH) as reference materials demonstrated that the bench test provides accurate, meaningful and repeatable results