Abstract FR:

Ce travail est réalisé dans le cadre de la continuation du projet européen FIREMAT (CRAFT 2002-2005) dédié au développement de nouveaux matériaux minéraux de protection incendie. Notre étude consiste à construire un modèle numérique afin de simuler le transfert thermique au sein de ce type de matériaux minéraux avec ou sans changement de phase. Les résultats de ce modèle sont confrontés aux résultats obtenus lors d'études expérimentales reposant essentiellement sur la mise en œuvre de tests au four réalisé en imposant des températures de feu conventionnel tels que ceux des courbes normalisées ISO 834, HCM (Hydrocarbure Majorée), etc. La modélisation numérique utilise un couplage thermo-chimique pour retraduire le comportement de matériaux aux hautes températures. La cinétique de réaction de transformation des matériaux est exploitée pour le calcul. La fiabilité de notre solution numérique a été validée par la confrontation numérique-expérimentale. Nous avons adapté le modèle de calcul en exploitant sa flexibilité aux cas suivants de transformation dans la formulation : cinétique à une seule réaction, cinétique à deux réactions découplées ou couplées et cinétique correspondant à une série de trois réactions. De plus, en couplant dans la modélisation l'aspect mécanique et l'aspect thermo-chimique, nous constatons que l'évolution du champ de contraintes dépend très fortement des conditions de blocage en déformation, en particulier aux bords de l'élément étudié. Ceci permet alors d'expliquer l'observation de fissurations précoces lors de test au laboratoire. Disposer des paramètres cinétiques des composés minéraux est nécessaire pour ex-ploiter l'outil de calcul développé. Nous avons réalisé des analyses thermogravimétriques (TG) (à l'échelle micro et macro) et déduit les données cinétiques de conversion d'une série de minéraux tels que le gypse, la calcite, la portlandite, la gibbsite, la brucite et le liant phosphatique. Les résultats obtenus sont en général acceptables et constituent une banque de données pour leur utilisation dans la modélisation numérique du comportement des matériaux soumis à différentes sollicitations thermiques et environnementales (vieillissement). Nous avons également étudié l'influence de l'échelle d'analyse thermique sur le résultat de modélisation utilisant la cinétique de conversion. Une large différence entre les résultats d'analyses à l'échelle micro et macro est constatée. Nous concluons dans un premier temps que la cinétique identifiée par l'analyse à l'échelle micro est la plus pertinente. Une des solutions pour contourner certaines hypothèses de modélisation numérique (conditions aux limites, effets de dégradation, etc. ) et traduire globalement le comportement des matériaux testés est de partir des résultats expérimentaux pour identifier tous les paramètres caractéristiques utilisés dans le modèle en dehors des paramètres liés à la cinétique. Une telle approche inverse a été mise en place à partir des données expérimentales les plus faciles à mesurer (par exemple le champ de températures) pour estimer les paramètres caractéristiques du matériau testé. Les valeurs des paramètres ont été déduites afin d'obtenir la minimisation de l'écart entre le résultat numérique et expérimental. Ces données paramétriques apparentes s'avèrent exploitables pour toute simulation numérique des réponses thermiques du matériau, par exemple en présence d'un changement de feu ou de géométrie. L'application industrielle de nos travaux est directe et peut porter sur le pré-dimensionnement d'une solution avant de passer à des tests, une exploitation de la banque de données cinétiques ou une extrapolation de résultats d'essais au feu conventionnel ISO 834 à partir des résultats des essais au feu HCM.