Méthodes et traitement d’ignifugation

Anatomie du bois

Le bois est un matériau vivant complexe produit par le biais de la photosynthèse. Au cours de cette dernière, les feuilles captent la lumière du soleil, absorbent de l’eau par leurs racines et le gaz carbonique de l’air. Elles se servent de l’énergie du soleil pour transformer l’eau (H20) et le dioxyde de carbone (C02) en glucose, tout en rejetant l ‘oxygène (02). Le glucose est ensuite transporté jusqu’aux cellules, où il sert de nourriture et de matière première pour la production de nouvelles cellules. Ce mécanisme de croissance est très sensible aux conditions climatiques, c’est pourquoi le bois est un matériau naturellement très hétérogène (Repellin 2006).
Une plante ligneuse qui comprend des racines, une tige, des branches, un feuillage et qui mesure au minimal de 4 à 6 mètres de hauteur, porte souvent le nom «arbre». Ce dernier se reproduit par propagation végétative ou à partir de minuscules graines (semences). Les arbres, tout comme les êtres humains, fragiles lorsqu’ils sont jeunes et demandent des éléments nutritifs appropriés et un environnement favorable pour une croissance vigoureuse. Ils doivent absorber un mélange riche et équilibré de minéraux pour demeurer en santé. Lorsqu’une blessure leur est infligée, ils réagissent rapidement pour la guérison. Les arbres, à l’âge plus avancé, perdent leurs fonctions de vitalité et trouvent des difficultés à guérir leurs blessures, finalement, ils meurent (Bowyer et al. 2005).

Propriétés thermiques du bois 

Pyrolyse et combustion

L’exposition du bois à de hautes températures conduit souvent à la dégradation thermique de ses différents composés chimiques. L’intensité de la décomposition dépend de la durée de l’exposition et du niveau de température. La pyrolyse du bois se fait par le fractionnement des chaînes de carbones et le réarrangement au sein des polymères (cellulose, hémicellulose et lignine) qui le constituent. Ce fractionnement conduit à la naissance d’un très grand nombre de produits légers ayant une masse moléculaire relativement faible .
Comparant les trois processus de dégradation thermique du bois (carbonisation, pyrolyse et combustion), la pyrolyse est un processus de dégradation thermique de la matière organique qui se réalise à des températures relativement basses. Par contre, la carbonisation est un processus qui se réalise dans une atmosphère pauvre en oxygène, contrairement à la combustion qui se produit en présence d’oxygène à une température supérieure à 750 °C. Bien que l’étape de la pyrolyse fasse partie de la carbonisation, elle se distingue néanmoins par la nature des produits formés. En effet, la pyrolyse, à certaines températures, brise les liaisons inter et intramoléculaires et produit des composés organiques volatils. Par contre, lorsqu’on augmente la température (750°C et plus), on observe une répolymérisation de ces composés organiques : il s’agit alors de la carbonisation (Repellin 2006).

Comportement aux intempéries 

Vieillissement accéléré 

Ce test a pour but d’ étudier le comportement du matériau à long terme. La résistance et la durée de vie des produits de finition décroissent au cours de leurs expositions aux conditions climatiques naturelles. L’utilisation du test de vieillissement naturel pour vérifier l’efficacité des produits de finition on est une méthode beaucoup trop longue. Réduire la durée de ce test est un facteur qui préoccupe de plus en plus les fabricants ; ces derniers souhaitent avoir des résultats concrets et plus rapides sur l’efficacité de leurs produits face aux conditions climatiques. Donc, afin de répondre à ces préoccupations, l’utilisation des appareils de vieillissement accéléré est une découverte intéressante et pertinente.

Le vieillissement ou la détérioration lente d’un matériau est un enchainement de réactions qui comporte de nombreux processus élémentaires. Généralement, ce phénomène est généré par l’action de plusieurs facteurs (lumière, eau, température, oxygène, etc.) (Koleske 1995). L’intensité du vieillissement dépend des propriétés des matériaux, du temps et des conditions d’exposition, etc. (Sell et Feist 1986).

L’oxygène est l’un des facteurs importants contribuant au vieillissement. Son action sur le bois génère souvent un changement de couleur (Triboulot 1993). À noter que l’action de la lumière (UV) avec l’eau, sous ses différentes formes (immersion, condensation en surface, pluie ou humidité), est l’un des paramètres à prendre aussi en considération dans le phénomène de vieillissement. Le changement de couleur est le premier signe de dégradation engendré par ce phénomène.

Traitements spéciaux pour diluer les gaz combustibles provenant du bois avec des gaz non-combustibles

Le dicyandiamide, comme l’urée, sont des produits chimiques qui libèrent de grandes quantités de gaz non-combustibles à des températures inférieures à la température de commencement de la pyrolyse du bois. Parmi ces produits, on trouve aussi le borax, qui libère de grandes quantités de vapeur d’eau. Donc, toute réduction du pourcentage des gaz inflammables est avantageuse, car la présence de produits non-combustibles fait augmenter la demande en produits volatils nécessaires pour l’allumage. Aussi, le mouvement des gaz loin du bois peut diluer la quantité d’oxygène à proximité de la couche limite entre le bois et la réaction de la phase vapeur (Rowell et Van-Green 2005).

Revêtements ignifuges intumescents 

Les revêtements ignifuges représentent une des méthodes les plus anciennes de retardement de feu. La facilité d’ application et l’ efficacité font d’elle une des voies les plus convoitées (Rhys 1980). Ils ne modifient pas les propriétés intrinsèques du matériau (exemple : les propriétés mécaniques), ils sont faciles à appliquer et leurs utilisations peuvent toucher plusieurs matériaux, y compris le bois, les textiles, les polymères et les matériaux métalliques (Jimenez et al. 2006a). De plus, puisque les phénomènes de combustion se manifestent en premier lieu sur la surface du matériau, il est élémentaire de concentrer l’action de protection à cet endroit (Duquesne et al.2004).

Dans chaque pays en général, et particulièrement en Amérique de Nord, le bois et les composés à base de bois occupent une place très importante dans le secteur résidentiel, la construction des bâtiments commerciaux et industriels, ainsi que pour les aménagements intérieurs. Les avantages environnementaux, mécaniques, structuraux, écologiques et l’isolation thermique font d’eux les matériaux de construction les plus utilisés. De plus, le développement des techniques de collage, d’assemblage et de classement a conduit à la création de nouveaux produits d’ingénierie pour propulser les limites d’utilisations du bois.

Table des matières

INTRODUCTION
Objectifs
CHAPITRE I  :ÉTAT DES CONNAISSANCES
1.1) Généralités sur le bois 
1.1.1) Anatomie du bois
1.1.1.1) Structure à l ‘échelle macroscopique : (fibre et paroi cellulaire)
1.1. 2) Composition chimique du bois
1.1.2.1) La cellulose
1.1.2.2) Les hémicelluloses
1.1.2.3) Les lignines
1.1.2.4) Les extractibles et autres
1.2) Propriétés thermiques du bois 
1.2.1) Pyrolyse et combustion
1.3) Méthodes et appareillage d’analyses thermiques et calorimétriques
1.3.1) Analyse thermographique (TGA)
1.3.2) Analyse calorimétrique différentielle (DSC)
1.3.3) Calorimétrie à cône
1.3.4) Propagation de la flamme
1.3.5) Essai d’indice critique d’oxygène
1.4) Comportement aux intempéries
1.4.1) Vieillissement accéléré
1.5) Méthodes et traitement d’ignifugation
1.5.1) Traitements spéciaux pour diluer les gaz combustibles provenant du bois avec des gaz non-combustibles
1. 5.2) Traitements spéciaux pour réduire la chaleur contenue dans les gaz combustibles
1.5.3) Traitement par l’augmentation de la conductivité thermique du bois
1. 5.4) Produits chimiques employés pour former un revêtement à la surface du bois
1. 5. 5) Produits chimiques agissant comme des radicaux libres pour piéger les flammes
1. 5.6) Traitement avec des produits chimiques qui favorisent la formation du charbon à des températures moins élevées que le bois non traité
1.6) Revêtements ignifuges intumescents 
1.6.1) Composition et mécanisme d’une formulation intumescente
CHAPITRE II : MATÉRIELS ET MÉTHODES 
2.1) Tests thermiques et calorimétriques 
2.1.1) Échantillonnage et déroulement des tests
2.1.1.1) Tunnel à deux pieds (Test de propagation de la flamme)
2.1.1.2) Calorimètre à cône
2.1.1.3) Analyse thermogravimétrique (TGA) et l’analyse calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
2.2) Le comportement face aux intempéries
2.2.1) Vieillissement accéléré
CHAPITRE III : RÉSULTATS ET DISCUSSIONS 
3.1) Tunnel à deux pieds (Propagation de la flamme)
3.2) Calorimètre à cône 
3.3) Analyse thermogravimétrique 
3.4) L’ analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC)
3.5) Vieillissement accéléré
3.6) Relations entre les tests d’analyses thermiques et de résistance au feu
3.6.1) Relation entre la propagation de la flamme et la consumation du panneau mesurées dans le test du tunnel à deux pieds
3.6.2) Relation entre les paramètres mesurés par les deux tests de caractérisation thermique (TGA et DSC)
3.6.3) Relation entre les paramètres mesurés par les deux tests au feu et le test de caractérisation thermique TGA
CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS 

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