Comportement au Feu des matériaux solides – Formation des polluants gazeux – CompFeu

Ce projet a pour enjeu la compréhension des interactions entre l'ingénierie de la sécurité incendie et la formation des polluants gazeux. Il doit aider à l'amélioration de la législation, des standards et des normes, au niveau français et européen, globalisant les notions de réaction au feu et d'impact sur la santé et l'environnement. Lors d'un incendie il est nécessaire de limiter le caractère polluant de la combustion des matériaux solides tout en travaillant sur la résistance thermique et la réaction au feu. Les approches actuelles de modélisation reposent sur une cinétique de dégradation des combustibles globale à 1 ou 2 étapes générant des erreurs. Les méthodes de caractérisation et de modélisation du comportement des matériaux dans les feux réels doivent alors être précisées. C'est l'enjeu de l'étude visant à déterminer les propriétés physiques et chimiques de la dégradation thermique des combustibles solides puis la validation des paramètres cinétiques par comparaison d'expériences tests et de simulations numériques. Description Le travail expérimental et numérique vise pour divers solides à étudier chaque étape d'un incendie. Pour chacune, sont étudiés les paramètres physiques et les mécanismes de formation des polluants majeurs. Un accent fort est mis sur la caractérisation de l'étape de dégradation qui n'a été jusqu'ici que peu étudiée. L'enjeu premier est l'identification des propriétés physiques de la dégradation et des précurseurs réactionnels : températures, flux d'énergie absorbés et libérés, enthalpies de vaporisation, de combustion, vitesse de perte de masse, vitesse de propagation surfacique de la combustion, espèces volatiles émises, réactions chimiques, composition et opacité des fumées. Les travaux sont à mener sous diverses atmosphères de combustion et de dégradation (concentration en oxygène) et pour différentes valeurs de flux thermiques incidents et/ou températures selon les dispositifs expérimentaux (cône calorimètre, LIFT, four tubulaire). Les résultats expérimentaux sont alors utilisés pour la détermination des constantes cinétiques de dégradation et de formation des polluants à l'aide d'un modèle des algorithmes génétiques. Les constantes obtenues (forme la loi d'Arrhenius) sont alors incorporés au sein du modèle de pyrolyse du code de calcul FDS. Ce code est choisi pour le traitement innovant de la mécanique des fluides pour l'incendie. Cet outil comprend des sous-modèles traitant de la pyrolyse des matériaux qui sont en cours d'évolution. Le code FDS permet de modéliser l'écoulement autour du feu mais est limité dans le traitement de la combustion, l'inflammation, la propagation du feu et éventuellement la toxicité des effluents du feu : un des enjeux de l'étude est de l'améliorer. Si les travaux alors menés se font à l'échelle matière, les simulations avec FDS se font à l'échelle produit : simulation numérique de la combustion de ces solides, dans des conditions types d'incendie, à partir des données fournies par l'expérimentation ; puis simulation de cas tests : cas représentatif d'un feu de bâtiment, d'un moyen de transport. Les résultats obtenus lors de ces simulations sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus lors de tests à moyenne échelle qui seront réalisés dans un second temps. Cette comparaison va servir à ajuster puis valider les constantes cinétiques déduites lors de la première étape. Dans un second temps l'intégration d'une chimie plus complexe au sein des modèles numériques doit être faites. Le code ne permet pas la prise en compte d'une chimie simple à plusieurs étapes, ce qui devra être traité de manière innovante. Des paramètres cinétiques globaux peuvent être déterminées à partir des résultats fournis par l'étude expérimentale, des réactions chimiques à 3 ou 4 étapes, ou des mécanismes chimiques réduits doivent alors être pris en compte. Résultats Les résultats fournis par cette étude doivent permettre une meilleure compréhension de la sécurité incendie et aider au déve