Introduction
Les essais au feu jouent un rôle crucial pour garantir la sécurité des personnes, respecter les exigences légales et minimiser les dommages matériels potentiels, en évaluant le comportement des matériaux et des systèmes en cas d’incendie. Des essais contrôlés permettent de vérifier si les produits sont capables de résister à la chaleur, de limiter la propagation du feu et de garantir le fonctionnement fiable des systèmes critiques du bâtiment, tels que les alarmes incendie et les systèmes d’extinction, en cas d’urgence.
Les essais au feu permettent également de confirmer la conformité aux normes nationales et internationales de sécurité incendie, qui constituent des conditions préalables indispensables à l’obtention des permis de construire et des certifications de produits. Parallèlement, les performances réelles des matériaux et des systèmes de protection sont évaluées afin de s’assurer qu’ils laissent suffisamment de temps pour une évacuation en toute sécurité et limitent l’impact d’un incendie.
Méthode TCC
Un matériau de référence à base de polymère a été étudié. Dans le cadre d’un projet de développement, plusieurs variantes présentant des modifications ciblées du matériau ont été produites afin d’analyser de manière systématique leur influence sur les paramètres clés de comportement au feu.
L'objectif était de déterminer dans quelle mesure les paramètres liés au feu varient par rapport au matériau de référence, et d'identifier les corrélations entre ces paramètres.
L’essai « TCC 918 » (figure 1) a été utilisé pour l’étude expérimentale. Cette méthode permet de déterminer simultanément plusieurs paramètres pertinents en matière d’incendie, notamment :
- le temps d’allumage (TOI)
- Le débit maximal de dégagement de chaleur (HHRmax)
- Émission totale de fumée (TSR)
- La perte de masse pendant la combustion
La calorimétrie à cône permet ainsi une caractérisation complète du comportement au feu des matériaux à base de polymères dans des conditions d’incendie définies et reproductibles.
La détermination du débit de dégagement de chaleur repose sur le principe de la consommation d’oxygène, selon lequel la chaleur dégagée est calculée à partir de la consommation d’oxygène mesurée dans les gaz de combustion.
Conditions de mesure
Les mesures ont été réalisées à l'aide du calorimètre conique de l'NETZSCH TCC 918 , conformément à la norme ISO 5660-1. Les paramètres de mesure sont présentés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Support d'échantillon | Horizontal |
| Flux thermique | 50kW/m² |
| Débit thermique nominal | 24,0 l/s |
| Distance par rapport au réchauffeur conique | 25 mm |
Les échantillons ont été placés horizontalement dans le porte-échantillons et soumis à une densité de flux thermique constante de 50 kW/m². Cette charge thermique correspond à un scénario d'incendie typique, ce qui permet une évaluation réaliste du comportement au feu.
Au cours de la mesure, le débit de dégageement de chaleur, la production de fumée et la perte de masse ont été enregistrés en continu.
La série d’essais portait sur les matériaux suivants :
- Matériau de référence
- Variantes de développement A, B, C et D
Tous les échantillons étaient des matériaux à base de polymères présentant les propriétés géométriques suivantes :
- Surface : 100 x 100 mm
- Épaisseur : 3,3 - 3,9 mm
- Masse : 53 à 62 g
Bien que la base du matériau soit comparable dans tous les cas, les variantes ont été spécifiquement modifiées. La figure 2 montre les échantillons dans le porte-échantillon avant la mesure.
Résultats des mesures
Comportement à l'allumage – Le délai, un objectif de développement
Les temps mesurés jusqu’à l’inflammation (TOI1) variaient entre 69 s et 86 s.
Avec 86 s, la variante A a présenté le temps d’allumage le plus long, tandis que le matériau standard se situait dans la fourchette moyenne des matériaux testés.
Ces résultats démontrent que des modifications ciblées peuvent améliorer la résistance à l’inflammation. Un temps d’inflammation plus long signifie que le matériau passe à une combustion auto-entretenue à un stade plus tardif sous une charge thermique identique.
1TOI(temps d’inflammation) : intervalle de temps entre le début du dégagement de chaleur et l’inflammation de l’échantillon.
Dégagement de chaleur – La norme reste la référence
Les débits maximaux de dégagement de chaleur (HRRmax2) se situaient entre 102 et 128kW/m² (voir figure 3).
Le matériau de référence présentait le débit maximal de dégagement de chaleur le plus faible, tandis que les variantes de développement A à D affichaient des valeursde HRRmax comparables ou légèrement supérieures.
Aucune réduction supplémentaire du débit maximal de dégagement de chaleur par rapport au matériau de référence n’a été observée. En ce qui concerne le dégagement de chaleur maximal, le matériau standard reste donc la référence.
Alors que seules des différences modérées ont été observées en termes de comportement à l’allumage et de dégagement de chaleur maximal, des différences plus marquées sont apparues entre les matériaux en ce qui concerne le dégagement de fumée.
2HRRmax: taux maximal de dégagement de chaleur ; valeur la plus élevée de HRR mesurée au cours de l’essai et paramètre caractérisant l’intensité maximale de l’incendie.
Production de fumée – Une distinction nette
Comme le montre la figure 4, c’est au niveau de la production de fumée que les différences entre les matériaux sont les plus marquées.
Le matériau de référence présente le débit de fumée total le plus faible (TSR3). La variante C affiche la production de fumée la plus élevée, tandis que les variantes A, B et D se situent dans la fourchette intermédiaire.
3TSR(émissions totales de fumée) : quantité totale de fumée émise pendant l’essai ; paramètre intégral pour l’évaluation quantitative de la production de fumée sur toute la durée de l’incendie.
Ces résultats montrent que l'amélioration de certains paramètres, tels que le temps d'inflammation, ne réduit pas nécessairement le dégagement de fumée. Par conséquent, le comportement au feu des matériaux polymères constitue un problème d'optimisation multidimensionnel, dans lequel les modifications apportées à la composition du matériau peuvent avoir des effets différents sur le comportement à l'inflammation, le dégagement de chaleur et le dégagement de fumée.
Perte de masse – Mécanismes de dégradation comparables
La perte de masse relative observée au cours de la mesure variait entre 14 % et 21 % (voir figure 5). L'expression des résultats sous forme de perte de masse relative permet une comparaison directe des profils de dégradation, malgré de légères différences de masse entre les échantillons. Il n'existe que des différences mineures dans l'évolution temporelle de la dégradation des matériaux parmi les variantes examinées. Les profils de courbes similaires suggèrent que tous les matériaux subissent une Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique et une combustion de manière comparable. Le matériau de référence présente une perte de masse légèrement inférieure au début de la combustion, et les courbes convergent à mesure que le processus se poursuit.
État de l'échantillon après la mesure
À l'issue des mesures, une formation importante de résidus a été observée pour tous les matériaux (figure 6). Les différences de structure, d'intégrité et de caractéristiques de surface des résidus correspondent aux variations observées dans le profil de combustion.
Résumé
La calorimétrie à cône, réalisée à l'aide de l'NETZSCH TCC 918 , permet de mesurer simultanément le dégagement de chaleur, la production de fumée et la perte de masse, offrant ainsi une base expérimentale complète pour l'évaluation et l'optimisation des matériaux polymères en termes de comportement au feu.
L'étude de différentes variantes d'un matériau de référence à base de polymère révèle des différences significatives au niveau des différents paramètres liés au feu.
Parmi les matériaux testés, la variante A présente le temps d’allumage le plus long (86 s), démontrant ainsi la plus grande résistance à l’allumage.
Cependant, le matériau standard reste la référence en matière de débit maximal de dégagement de chaleur, puisqu’il présente leHRRmax le plus faible.
Le matériau de référence présente également les propriétés de dégagement de fumée les plus favorables, avec le plus faible dégagement total de fumée ; tandis que la variante C révèle la production de fumée la plus élevée.
La perte de masse relative de tous les matériaux se situe dans une fourchette similaire, comprise entre 14 et 11 %, ce qui indique des mécanismes de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique comparables.
Les résultats démontrent que l’optimisation simultanée de tous les paramètres liés au feu n’est pas facilement réalisable. L’amélioration de certains paramètres peut s’accompagner de modifications d’autres caractéristiques de comportement au feu.
La calorimétrie au cône permet une différenciation précise, même entre des formulations de matériaux très proches.