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HAL Id: tel-01444795 https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01444795 Submitted on 24 Jan 2017 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Caractérisation du comportement au feu des matériaux de l’habitat : Influence de l’effet d’échelle. Chloë Vincent To cite this version: Chloë Vincent. Caractérisation du comportement au feu des matériaux de l’habitat : Influence de l’effet d’échelle.. Chimie. Université de Montpellier, 2016. Français. tel-01444795 Délivré par l'Université de Montpellier Préparée au sein de l’école doctorale Sciences Chimiques Balard Et des unités de recherche C2MA/LGEI – Ecole des Mines d'Alès Spécialité : Chimie et Physicochimie des Matériaux Présentée par Chloë VINCENT Soutenue le 15 Novembre 2016 devant le jury composé de M. P. BOULET, Professeur, Université de Lorraine Rapporteur M. P.-A. SANTONI, Professeur, Université de Corse Rapporteur M. D. TICHIT, Directeur de recherche CNRS, ENSCM Examinateur M. P. ZAVALETA, Ingénieur de recherche, IRSN Examinateur M. G. RAMBAUD, Ingénieur de recherche, CEA Gramat Examinateur M. L. FERRY, Professeur, Ecole des Mines d'Alès Directeur de thèse M. L. APRIN, Maître-Assistant, Ecole des Mines d'Alès Co-Encadrant Mme. C. LONGUET, Maître-Assistant, Ecole des Mines d'Alès Co-Encadrant M. G. DUSSERRE, Professeur, Ecole des Mines d'Alès Invité Caractérisation du comportement au feu des matériaux de l'habitat : Influence de l'effet d'échelle i "La connaissance s'acquiert par l'expérience, tout le reste n'est que de l'information." Albert Einstein ii REMERCIEMENTS A l’issue de la rédaction de cette recherche, je suis convaincue que la thèse est loin d’être un travail solitaire. En effet, je n’aurais jamais pu réaliser ce travail doctoral sans le soutien d’un grand nombre de personnes dont la générosité, la bonne humeur et l'intérêt manifestés à l'égard de ma recherche m'ont permis de progresser dans cette phase délicate de « l'apprenti-chercheur ». Tout d’abord, ce travail de thèse a été réalisé au sein de deux laboratoires de l’Ecole des Mines d’Alès (EMA): le Laboratoire Génie Industriel de l’Environnement (LGEI) et le Centre des Matériaux des Mines d’Alès (C2MA). Je tiens donc à remercier le directeur de l’EMA Bruno GOUBET ainsi que les directeurs des deux laboratoires de recherche Yannick VIMONT et José- Marie LOPEZ-CUESTA de m’avoir accueillie au sein de leur entité. Je suis honorée et reconnaissante envers les professeurs Pascal BOULET et Paul-Antoine SANTONI pour avoir accepté de juger le contenu scientifique de ce travail en tant que rapporteur. J’associe également mes remerciements à Didier TICHIT, président du jury, ainsi que Pascal ZAVALETA, Gilles DUSSERRE et Guillaume RAMBAUD d’avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse. Je remercie particulièrement Gilles DUSSERRE d’avoir permis la collaboration avec le CEA de Gramat. Cette collaboration a notamment permis de financer ma thèse mais également de rencontrer Guillaume. Je tiens à le remercier pour l’intérêt dont il a fait preuve envers ma recherche, pour ses conseils scientifiques ainsi que sa disponibilité. Je souhaite également exprimer ma sincère admiration et ma reconnaissance à Laurent FERRY, mon directeur de thèse. Je remercie Laurent de m’avoir laissé une autonomie importante dans mon travail mais également pour ses compétences scientifiques et sa disponibilité qui ont contribué à l’aboutissement de ce travail. Mes remerciements vont également à mes encadrants de thèse : Laurent APRIN et Claire LONGUET. Je remercie Laurent pour son aide dans l’instrumentation du RAPACES mais aussi pour sa bonne humeur de tous les jours et ses qualités humaines. Je remercie aussi Claire, une personne géniale, pour sa disponibilité, sa patience ainsi que son soutien moral qui m’a particulièrement aidé à traverser des moments difficiles. La thèse est également un travail d’équipe, et pendant ces trois ans, j’ai pu rencontrer des personnes généreuses que je souhaitais remercier. Un grand merci à Rodolphe SONNIER pour les discussions iii enrichissantes que nous avons pu avoir sur le comportement au feu d’un matériau. Je remercie Stéphane CORN pour son initiation ludique et fascinante à la simulation numérique. Je remercie également Eric GUIBAL pour son analyse et son esprit critique voire très critique ^^. Merci à Loïc DUMAZERT de m’avoir formé sur les premiers appareils de tests au feu. Merci également à Pierre SLANGEN et Dominique LAFON pour leurs aides dans la réalisation et le traitement d’images ombroscopiques ainsi qu’à Jean-Claude ROUX pour la réalisation d’images MEB. Bien évidemment, des remerciements particuliers à mes deux techniciens préférés, André BRUN et Thierry VINCENT, pour leur implication incroyable dans la réalisation du RAPACES. Je n’ai pas assez de mots pour exprimer ma reconnaissance envers eux. Merci aussi à Filippo SABATINI, « mon » stagiaire italien Erasmus, pour son implication sur le sujet et son goût du travail bien fait. Je remercie également mon colloc’ de bureau, Philippe LIMOUSIN, pour son humour et nos discussions enrichissantes (syntaxe, orthographe, synonymes, définitions…) ^^. Merci à tout le personnel du C2MA et du LGEI, et particulièrement de l’ISR : secrétaires, techniciens, enseignants-chercheurs ainsi que tous les doctorants. Merci également à tous mes amis ; Audrey, Galy, Damdam, Marine, Faustine et toute la Team Polytech’ pour toutes les soirées passées ensemble et qui m’ont permis de me décontracter ^^. Et merci également à ma belle famille ; Alfonsa, Denis, Anaïs, Yves ainsi que les cousins et les cousines pour leurs encouragements perpétuels. Je remercie évidemment toute ma famille et en particulier mes parents qui ont été extraordinaires, ils m’ont toujours soutenu et boosté. Merci à mon frère Luca, qui a toujours cru en moi. Et ma dernière pensée va à celui qui partage ma vie depuis huit ans déjà et qui a su me supporter, m’encourager, me soutenir et me féliciter. Merci mon amour. iv TABLE DES MATIERES Table des matières .................................................................................................................................. ii Nomenclature ....................................................................................................................................... vii Figures .................................................................................................................................................... x Tableaux .............................................................................................................................................. xvi Introduction générale .............................................................................................................................. 1 Première partie Influence du changement d'échelle ............................................................................... 4 Chapitre 1 : Etat de l’art sur l’influence du changement d'échelle sur le comportement au feu d’un matériau .............................................................................................................................................. 5 I. Généralités sur la combustion ..................................................................................................... 6 I. 1. Caractéristiques générales d’un incendie ............................................................................. 6 I. 2. Les différentes étapes de la combustion d’un matériau ....................................................... 7 II. Caractérisation des matériaux à différentes échelles ............................................................... 16 II. 1. Qu'appelle-t-on "échelle" de test ? .................................................................................... 16 II. 2. Comportement au feu à l’échelle de la matière ................................................................ 19 II. 3. Comportement au feu à l’échelle du matériau ("petite échelle") ...................................... 20 II. 4. Comportement au feu du PMMA à l’échelle intermédiaire ............................................. 34 II. 5. Approche multi-échelle .................................................................................................... 35 II. 6. Problématique de la thèse ................................................................................................. 36 Chapitre 2 : Développement et mise au point d’un appareil de mesure ........................................... 38 I. Le panneau radiant .................................................................................................................... 39 I. 1. Description ......................................................................................................................... 39 I. 2. Caractérisation ................................................................................................................... 40 II. Le concentrateur de flux thermique ......................................................................................... 44 II. 1. Description ........................................................................................................................ 44 II. 2. Caractérisation .................................................................................................................. 44 III. La chambre d’essai ................................................................................................................. 47 III. 1. Description ...................................................................................................................... 47 III. 2. Caractérisation ................................................................................................................. 48 IV. Dispositifs de sécurité ............................................................................................................ 49 V. Moyens métrologiques ............................................................................................................ 51 V. 1. Caméra thermique ............................................................................................................ 51 v V. 2. Capteurs de température ................................................................................................... 52 V. 3. Capteurs de pression ......................................................................................................... 52 V. 4. Fluxmètre .......................................................................................................................... 53 V. 5. Balance ............................................................................................................................. 54 V. 6. Analyseur de gaz .............................................................................................................. 54 VI. Protocole du test d’inflammation au RAPACES ................................................................... 54 VII. Etalonnage du RAPACES .................................................................................................... 56 VII. 1. Calibration avec l’éthanol .............................................................................................. 56 VII. 2. Comparaison Cône calorimètre / RAPACES ................................................................ 58 VII. 3. Reproductibilité des essais effectués au RAPACES ..................................................... 61 VIII. Avantages/Limites du RAPACES ....................................................................................... 62 Seconde partie Résultats et Discussions ............................................................................................... 63 Chapitre 3 : Influence des facteurs géométriques ............................................................................ 64 I. Matériau de référence : le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) .......................................... 65 II. Comportement au feu du PMMA ............................................................................................ 66 II. 1. A l’échelle de la matière ................................................................................................... 66 II. 2. A l’échelle du matériau (Cône calorimètre) ..................................................................... 71 II. 3. Dégradation du PMMA lors d’un essai au RAPACES .................................................... 80 II. 4. Conclusions du chapitre .................................................................................................. 128 Chapitre 4 : Influence de la nature des matériaux .......................................................................... 130 I. Les matériaux .......................................................................................................................... 131 I. 1. Le contreplaqué ................................................................................................................ 131 I. 2. Les matériaux d’aménagement muraux ........................................................................... 132 II. Le contreplaqué ..................................................................................................................... 135 II. 1. Combustion du contreplaqué .......................................................................................... 135 II. 2. Effet de la taille de l’échantillon ..................................................................................... 135 II. 3. Effet de l’épaisseur ......................................................................................................... 137 II. 4. Effet du taux d’humidité ................................................................................................. 138 II. 5. Effet de l’orientation de l’échantillon ............................................................................. 139 II. 6. Synthèse des résultats obtenus sur le contreplaqué ........................................................ 141 III. Les matériaux d’aménagement muraux ............................................................................... 142 III. 1. La tapisserie ................................................................................................................... 142 III. 2. Le rideau ........................................................................................................................ 146 III. 3. La moquette murale ....................................................................................................... 147 III. 4. Synthèse des résultats obtenus pour les matériaux d’aménagement ............................. 150 vi IV. Association de matériaux ..................................................................................................... 151 IV. 1. Matériaux "en juxtaposition" ........................................................................................ 154 IV. uploads/Science et Technologie/ caracterisation-du-comportement-au-feu-des-materiaux-these-chloevincent-15112016.pdf