Revêtements ignifuges intumescents

Propriétés thermiques du bois

Pyrolyse et combustion

La Pyrolyse est la dégradation thermique des hydrocarbures en absence ou à teneur faible en oxygène, cette dégradation donne naissance à des composés volatils de masse moléculaire relativement faible. La combustion survient à des températures plus élevées en présence d’oxygène, de source d’initiation et de combustibles volatils issus de la pyrolyse.

Lorsque le bois atteint des températures élevées, les différents composés chimiques subissent une dégradation thermique, l’ampleur des changements dépend de la durée de l’exposition. À des températures inférieures à 100°C, des réductions permanentes de la résistance peuvent avoir lieu dépendamment de la teneur en humidité du bois, l’espèce du bois et la période d’exposition. La rupture des liaisons chimiques commence à des températures supérieures à 100°C engendrant des pertes de masse dues à la dégradation des polysaccharides . La pyrolyse de bois se produit selon quatre stades de température .

Méthodes d’ignifugation

Considéré comme un matériau polymérique, le bois est combustible. Les risques reliés à cette combustion sont caractérisés par les indices suivants:

Combustibilité, la capacité de maintenir et de développer le processus de combustion;

Émission de fumées lors de la combustion et l’action des flammes;

Toxicité des produits de combustion et de la pyrolyse;

Résistance au feu de la construction, à savoir, le degré de préservation des propriétés physico-mécaniques sous l’action des flammes.

Pour protéger le bois de l’action des flammes, les techniques d’ignifugations sont largement utilisées souvent par des agents de retardements de feu qui perturbent le mécanisme de dégradation. Les retardateurs de feu agissent par différentes manières.

Facteurs intervenants dans le concept intumescent et nouvelles tendances

Un survol de la littérature montre que les différents travaux de recherches ont pour but d’améliorer la composition des formulations intumescentes, incorporer de nouvelles technologies, ainsi l’augmentation de l’efficacité des revêtements ignifuges.

L’aspect synergique des formulations a trouvé un large intérêt auprès des chercheurs, où l’effet de la formulation intumescente en présence d’un agent synergique exemple de zéolites naturel et de borate de zinc est plus grand que l’addition des effets de chacun individuellement. Dans cette section, on touchera aux différents paramètres intervenant sur les formulations intumescentes, ainsi que les nouvelles tendances.

Chuang et al. (2008) ont étudié l’effet de revêtement ignifuge sur le contreplaqué à base de Luana rouge (Parashorea spp.). Les formulations utilisées sont à base d’émulsion acrylique, pentaerythritol comme agent de carbonisation, de mélamine comme agent de gonflement et de polyphosphate d’ammonium comme source d’acide. L’étude portait sur l’effet de la variation du ratio liant/agent de carbonisation et le ratio agent de gonflement/source d’acide. Les résultats obtenus par le calorimètre à cône ont montré qu’une faible teneur en liant (ratio liant/agent de carbonisation) et une teneur faible en agent de gonflement (ratio agent de gonflement/source d’acide) augmentent l’intervalle entre les piques maximaux de dégagement de chaleur et des valeurs relativement faibles de ces derniers. Les formulations avec les ratios liant/agent de carbonisation/agent de gonflement/source d’acide (15/35/22,5/27,5) et (15/35/15/35) sont les formulations les plus performantes.

Caractérisation des propriétés thermiques

Test de propagation de la flamme

Les bâtiments doivent satisfaire à certaines spécifications de propagation de la flamme dictées par le code du bâtiment. Pour la réglementation, le test du tunnel à 25 pieds est utilisé, il s’agit d’une méthode d’essai normalisée approuvée (ASTM Test method for surface burning characteristics of building Materials E 84) à grande échelle. Dans ce test, l’échantillon à tester est placé dans une position verticale avec la surface à tester en bas. Le but du test est de déterminer la combustion relative de l’échantillon en observant la propagation de la flamme. Des tests similaires à petite échelle existent comme le tunnel à 2 pieds et à 8 pieds, la différence entre les méthodes se situe au niveau du temps d’exposition de l’échantillon. Le test du tunnel à 25 pieds est le plus sévère avec un temps d’exposition de 10 minutes, c’est pour cela qu’ il est utilisé dans les codes de bâtiment. Le test du tunnel à 2 pieds permet d’évaluer l ‘efficacité des revêtements ignifuges en mesurant la propagation de la flamme sur l’échantillon quand il est soumis à une source de flamme standard et sous des conditions contrôlées. Le test de tunnel à 2 pieds est moins sévère. Des petits échantillons peuvent être utilisés ce qui le rend un bon outil de développement dans les travaux de traitement ignifuges (Rowell et al. 2005).

Test de brûlage vertical

Il s’ agit d’un test comparatif à petite échelle entre les caractéristiques de combustion d’un matériau dans une position verticale sous des conditions contrôlées de laboratoire. La méthode d’essai est décrite dans la norme UL 94 (20 mm vertical burning test) ou bien suivant la norme ASTM D 3801. La flamme est appliquée pendant 10 secondes sous l’échantillon puis retirée à une certaine distance, la combustion de l’échantillon est observée et le temps pendant lequel la flamme persiste est noté. Une deuxième application est réalisée et le temps du brûlage est noté aussi. Une classification peut être attribuée à l’issu du test V-0, V-1 et V-2 .

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Table des matières

CHAPITRE I :ÉTAT DES CONNAISSANCE
1. Propriétés thermiques du bois
1.1 Pyrolyse et combustion
1.2 Méthodes d’ ignifugation
1.2.1 Traitement avec de produits chimiques qui favorisent la formation de charbon à des températures moins élevées que le bois non traité
1.2.2 Produits chimiques agissant comme des radicaux libres pour piéger les flammes
1.2.3 Produits chimiques employés pour former un revêtement à la surface du bois
1.2.4 Traitement pour l’augmentation de la conductivité thermique du bois
1.2.5 Traitements pour diluer les gaz combustibles provenant du bois avec des gaz non-combustibles
1.2.6 Traitements pour réduire l’ énergie contenue dans les gaz combustibles
1.3 Revêtements ignifuges intumescents
1.3.1 Composition et mécanisme d’intumescence
1.3.2 Facteurs intervenants dans le concept intumescent et nouvelles tendances
1.4 Caractérisation des propriétés thermiques
1.4.1 Test de propagation de la flamme
1.4.2 Test de brûlage vertical
1.4.3 Analyse thermogravimétrique (TGA)
1.4.4 Analyse thermique différentielle (DT A)
1.4.5 Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
1.4.6 Indice critique d’oxygène
1.4.7 Calorimètre à cône
CHAPITRE II :MATÉRIELS ET MÉTHODES
2.1 Test au feu
2.1.1 Matériel
2.1.2 Préparation des échantillons
2.1.3 Test de propagation de la flamme
2.1.4 Procédure pour le test de tunnel à deux pieds
2.1.5 Test de brûlage vertical
2.2 Analyse thermogravimétrique
CHAPITRE III : RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
3.1 Test au feu
3.1.1 Test de propagation de la flamme
3.1.1.1 Consumation du panneau
3.1.1.2 Propagation de la flamme
3.1.1.3 Valeur d’isolation thermique
3 .1.1.4 Indice de carbonisation
3.1. 2 Test de brûlage vertical
3.1.3 Relations entre les propriétés de résistance au feu
3.2 Analyse thermogravimétrique
3.2.1 Analyses thermogravimétriques des revêtements intumescents
3.2.2 Analyses thermogravimétriques des mélanges revêtements-lamelles
3.2.3 Relation entre la TGA et test du tunnel à deux pieds
CONCLUSIONS