Introduction
Les matériaux d'isolation jouent un rôle clé dans la construction des façades dans l'industrie du bâtiment : Ils réduisent le transfert de chaleur, de froid, de bruit et, dans certains cas, d'humidité entre l'intérieur et l'extérieur. Cela permet de réduire la consommation d'énergie d'un bâtiment, de maintenir un climat intérieur plus stable et d'augmenter considérablement le confort de vie.
À quoi servent les matériaux d'isolation ?
- L'isolation thermique : Minimise les pertes de chaleur en hiver et empêche la surchauffe en été.
- Protection contre l'humidité : Certains matériaux régulent l'humidité et empêchent la condensation.
- Isolation phonique : Les matériaux isolants réduisent les bruits aériens et les bruits d'impact.
- Protection contre le feu : Certains matériaux isolants agissent comme une barrière contre le feu ou retardent sa propagation.
Les matériaux d'isolation contribuent de manière significative à l'efficacité énergétique, à la protection contre le bruit et l'humidité et à la sécurité incendie des bâtiments. Outre la performance thermique, le comportement au feu devient de plus en plus important, car il a un impact significatif sur la propagation du feu, le développement de la fumée et la sécurité de l'évacuation.
Le calorimètre à cône TCC 918 (figure 1), conforme à la norme ISO 5660-1, est une méthode d'essai établie pour l'évaluation quantitative du comportement au feu des matériaux sous des effets thermiques définis.
Dans cette note d'application, diverses variantes de matériaux d'isolation sont testées et comparées à l'aide du calorimètre à cône NETZSCH TCC 918 .
Conditions de mesure
Cinq variantes d'isolants avec des formulations et des couleurs différentes (blanc, rouge et trois nuances de gris) ont été testées dans le calorimètre à cône TCC 918 pour étudier le comportement au feu.
Cet appareil enregistre différents paramètres, notamment le taux de dégagement de chaleur (HRR), le délai d'inflammation (TOI) et la production totale de fumée (TSP). Il permet également de faire des prévisions sur le développement du feu.
Tous les essais ont été réalisés dans des conditions identiques, conformément à la norme ISO 5660-1, afin de garantir une comparabilité directe et significative.
Chacun des matériaux isolants étudiés (figure 2) a fait l'objet de mesures répétées sur des échantillons individuels.
La portée des essais est détaillée dans le tableau 1 et les conditions de mesure sont énumérées dans le tableau 2. Chaque échantillon des différents matériaux isolants a été mesuré indépendamment et dans des conditions identiques.
Les conditions environnementales dans le laboratoire sont restées stables pendant toute la série d'essais, avec une température approximative de 24 à 25°C et une humidité relative de 22 à 23%.
Tableau 1 : Champ d'application des échantillons testés
| ID du fabricant | Couleur | Nombre d'échantillons mesurés |
|---|---|---|
| Échantillon W | blanc | 4 |
| Échantillon R | rouge | 3 |
| Échantillon G4 | gris1 | 3 |
| Échantillon G5 | gris2 | 3 |
| Échantillon G6 | gris2 | 3 |
Tableau 2 : Conditions de mesure
| Porte-échantillon | Horizontal |
| Flux de chaleur | 25 kW/m2 |
| Débit nominal | 24.0 l/s |
| Distance par rapport au cône de chauffe | 25 mm |
Résultats des mesures et aperçus comparatifs
Toutes les conclusions présentées dans cette section sont basées exclusivement sur les résultats des échantillons individuels mesurés.
Comportement à l'allumage
Le délai d'inflammation (TOI1) évalue la rapidité avec laquelle un matériau s'enflamme lorsqu'il est exposé à un niveau de chaleur défini. L'échantillon a été exposé à un rayonnement thermique constant de 25 kW/m². Le temps écoulé entre le début de l'irradiation et la première apparition visible de flammes est défini comme le délai d'inflammation. Ce temps est directement indiqué dans l'évaluation du logiciel du calorimètre à cône en tant que valeur TOI.
Un délai d'inflammation court indique que le matériau est hautement inflammable et qu'il absorbe l'énergie et se réchauffe rapidement, ce qui entraîne une inflammation précoce des produits de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse gazeux. Les matériaux plus résistants aux flammes ont besoin de plus d'énergie pour se réchauffer et subir la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse, ce qui entraîne une inflammation tardive.
Sur l'ensemble des matériaux testés, on observe une différenciation claire et cohérente du comportement à l'allumage. Une comparaison est présentée à la figure 3.
- La variante blanche des échantillons étudiés présente les délais d'inflammation les plus courts et donc la plus faible résistance au rayonnement thermique. Il en résulte un temps d'inflammation moyen de 414 s. La variante rouge présente une résistance à l'inflammation moyenne.
- La variante rouge présente une résistance à l'allumage moyenne, s'allumant plus tard que la variante blanche mais plus tôt que les variantes grises. Le temps d'allumage moyen est ici de 599 secondes.
- Les variantes grises présentent systématiquement les délais d'allumage les plus longs. Le temps d'inflammation moyen calculé est de 862 secondes, ce qui indique une résistance accrue au flux de chaleur appliqué.
Cela signifie que les matériaux gris présentent la plus grande résistance au rayonnement thermique appliqué.
1Ledélai d'inflammation (TOI) définit la vitesse à laquelle la combustion enflammée se produit dans un matériau. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, p. 7).
Intensité du dégagement de chaleur et développement de l'incendie
Le taux de dégagement de chaleur (HRR2) est l'un des principaux paramètres utilisés pour évaluer l'intensité d'un incendie. Il est considéré comme la force motrice d'un incendie : plus le taux de dégagement de chaleur est élevé, plus l'inflammabilité et le risque potentiel d'incendie sont importants.
Le taux de dégagement de chaleur maximal (HRR maximal) indique le moment où un matériau dégage le plus de chaleur, ce qui est particulièrement dangereux en cas d'urgence car cela contribue à la propagation rapide et intense de l'incendie.
Le taux de dégagement de chaleur maximal permet d'établir des comparaisons claires et simples entre différents matériaux et formulations.
Les figures 4 à 6 montrent les courbes de mesure du taux de dégagement de chaleur pour différents matériaux d'isolation.
2Letaux de dégagement de chaleur (HRR) est une mesure de la quantité de chaleur dégagée par unité de temps lors de la combustion d'un matériau. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf p. 6)
Le tableau 3 présente les taux maximaux de dégagement de chaleur (pic HRR3) des différents matériaux d'isolation.
Pour améliorer la comparabilité, les valeurs moyennes de HRR de pointe pour chaque variante de matériau ont été calculées.
Les conclusions suivantes peuvent être tirées des résultats :
- variante blanche : environ 572 kW/m² → intensité d'incendie très élevée
- variante rouge : environ 306 kW/m² → intensité d'incendie moyenne à très élevée
- variantes grises : environ 289 kW/m² → intensité d'incendie moyenne
Ainsi, les matériaux blancs présentent le dégagement de chaleur le plus intense après l'inflammation, tandis que les variantes grises se caractérisent par des valeurs HRR de pointe plus faibles.
3Peak-HRR- Taux de dégagement de chaleur maximal (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tableau 3 : Comparaison de la HRR maximale
| groupe ID | Couleur | Valeurs du HRR de pointe (kW/m²) | Plage de HRR de pointe (kW/m²) | Moyenne du HRR de crête (kW/m²) | Intensité du feu observée |
|---|---|---|---|---|---|
| Échantillon W | blanc | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Très élevé |
| Échantillon R | rouge | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Moyenne à élevée |
| Échantillon G4 | gris1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Moyenne |
| Échantillon G5 | gris2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Moyenne |
| Échantillon G6 | gris2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Moyenne |
Intensité de la croissance du feu
Le taux moyen maximal de dégagement de chaleur (MARHE4) illustre les différences d'intensité de la croissance du feu, car il représente le dégagement maximal de chaleur lissé dans le temps au cours de l'essai, ce qui permet de comparer le comportement au feu de différents matériaux.
La figure 7 montre les valeurs MARHE (taux moyen maximal d'émission de chaleur) des différents échantillons de matériaux, différenciés par couleur : blanc, rouge et gris. Les valeurs sont représentées sous forme de barres verticales, avec la désignation de l'échantillon correspondant sous chaque barre. Les valeurs MARHE indiquent le taux moyen maximal d'émission de chaleur pendant toute la durée de l'essai au feu.
la valeur4MARHE(taux moyen maximal d'émission de chaleur) est le taux maximal de dégagement de chaleur déterminé lors d'un essai au calorimètre à cône conformément à la norme ISO 5660-1.
Interprétation
- Les échantillons de la catégorie blanche présentent principalement des valeurs MARHE, comprises entre 76,7 kW/m² et 90 kW/m²
- Plusieurs échantillons présentent des valeurs supérieures à 80 kW/m², deux d'entre eux étant même proches de 90 kW/m².
→ Les matériaux blancs présentent les valeurs MARHE les plus élevées, représentant le comportement au feu le plus critique, qui correspond aux valeurs HRR maximales élevées et indique un développement rapide de l'incendie.
- Les échantillons de la catégorie rouge se situent dans la moyenne et présentent des variations significatives : Valeurs : 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ Les échantillons rouges présentent un comportement au feu modérément élevé, avec quelques variations d'un échantillon à l'autre.
- Les échantillons de la catégorie grise ont pour la plupart les valeurs MARHE les plus basses, mais il y a aussi deux valeurs aberrantes.
- La fourchette principale se situe entre 39 et 60 kW/m².
→ Les échantillons gris ont pour la plupart les valeurs MARHE les plus basses, ce qui indique une croissance plus contrôlée du feu.
Développement des fumées
Le développement total de fumée (TSP5) décrit la quantité totale de fumée libérée lors de l'essai au calorimètre à cône conformément à la norme ISO 5660-1, et constitue un paramètre clé pour évaluer le comportement de la fumée.
Le développement total des fumées diffère considérablement entre les formulations (figures 8 à 10).
- Tous les matériaux gris atteignent leur plateau final après environ 25 minutes, délivrant des valeurs typiques entre 1650 m² et 1950 m².
- Les matériaux blancs présentent une production totale de fumée modérée, avec des valeurs comprises entre 1450 m² et 1650 m². Le plateau final est déjà atteint après 15 minutes.
- Les variantes rouges présentent la production totale de fumée la plus faible de tous les matériaux testés. Les valeurs atteignent leur plateau après 18 minutes entre 1290 m² et 1350 m².
5Laproduction totale de fumée (TSP) décrit la quantité totale de fumée produite pendant toute la durée de l'incendie (conformément à la norme ISO 5660-1)
Résumé
Les mesures effectuées avec le calorimètre à cône TCC 918 TCC 918 montrent clairement des différences reproductibles dans le comportement au feu des matériaux isolants examinés.
Des paramètres quantitatifs tels que le temps d'inflammation, le taux de dégagement de chaleur, l'intensité de la croissance du feu et le développement de la fumée peuvent être utilisés pour caractériser clairement et comparer directement l'inflammabilité, la dynamique du feu et le comportement de la fumée.
Les résultats démontrent clairement l'impact des différentes formulations de matériaux et offrent une base solide pour le développement de matériaux, l'optimisation des formulations et l'évaluation comparative dans un environnement de laboratoire contrôlé.