L'étude de la réaction au feu

Le développement d’un banc d’essai polyvalent pour la mesure de la densité optique des fumées et de leur toxicité selon les normes ISO 5659 (secteur ferroviaire) et ASTM E662 (secteur aéronautique) répond à un besoin croissant d’évaluer et d’améliorer le comportement au feu des matériaux et systèmes.Les deux méthodes partagent le même principe : elles consistent à quantifier l’opacité des fumées émises lors de la combustion contrôlée d’un échantillon, via la densité des fumées (DS) ou la densité optique à un temps donné (VOF, généralement 4 minutes), et à évaluer la toxicité des gaz dégagés (CIT) par analyse FTIR des principaux composés gazeux, conformément aux normes en vigueur.

Applications principales

• Essais normalisés de densité optique des fumées selon :

ISO 5659-2 : matériaux ferroviaires et de transport terrestre.

ASTM E662 : matériaux utilisés dans les intérieurs d’aéronefs et autres applications industrielles.

• Évaluation des matériaux pour plusieurs domaines d’application (transports, construction, aéronautique).
• Optimisation des formulations visant à améliorer le comportement au feu, notamment en réduisant la production de fumées opaques et la toxicité des gaz de décomposition.

Points positifs

• Polyvalence ISO 5659 et ASTM E662 sans modification majeure de la configuration.
• ajustement possible des conditions d’essai (flux imposé, orientation de l’échantillon, mode piloted/non-piloted).
• Instrumentation des essais avec la possibilité d’intégrer des capteurs supplémentaires (température, gaz…) pour des études approfondies de la dégradation thermique et du comportement au feu.

Le mini banc d’essai, développé sur la base de la norme EN 50399 pour les câbles, est un outil essentiel pour l’évaluation du comportement au feu des matériaux et composants électriques. Il permet de reproduire les conditions normalisées de combustion des échantillons et d’obtenir des mesures concernant la la quantité de chaleur dégage et la propagation de la flamme le long du spécimen. Conçu pour accueillir des échantillons de 50 cm de longueur, ce banc offre une grande flexibilité pour la caractérisation des matériaux, tout en limitant la quantité de matériau nécessaire pour les essais.

Application principale

L’application principale de ce mini banc d’essai est l’étude de la performance au feu des câbles et matériaux isolants selon le protocole EN 50399. Il permet de tester les échantillons dans différentes conditions de montage, simulant l’exposition réelle dans les installations électriques. Les données obtenues permettent de classer les matériaux selon les critères de la norme EN 50399.

Points forts

• Longueur de 50 cm, permettant des essais économiques tout en conservant la représentativité des mesures.
• Compatible avec différents types de câbles et matériaux isolants.
• Les résultats permettent de classer et comparer rapidement les matériaux selon EN 50399.
• Possibilité de suivre visuellement le comportement des matériaux pendant l’essai (dégagement de fumée, formation de produits de dégradation, etc.).

Le banc d’essai, développé au sein du laboratoire sur la base de la norme ISO 5658-2, est un outil essentiel pour l’évaluation de la propagation latérale de la flamme sur des matériaux soumis à un gradient de flux radiatif contrôlé. Il permet de reproduire les conditions de l’essai décrit dans la norme tout en réduisant la taille des échantillons et la quantité de matériau nécessaire aux tests.

Conçu pour accueillir des échantillons de 100 × 280 mm, ce banc compact offre une grande flexibilité pour la caractérisation à petite échelle de systèmes, revêtements et composites.

Application principale

L’application principale de ce banc d’essai est l’étude comparative du comportement au feu des systèmes selon une approche inspirée de la norme ISO 5658-2. Il permet de déterminer le flux critique à l’extinction, la vitesse de propagation de la flamme, ainsi que d’observer le comportement global du système testé (cohésion, chute du matériau, carbonisation, etc.).

Grâce à cette configuration à échelle réduite, il est possible d’optimiser les formulations et de pré-qualifier les produits avant leur validation sur banc normalisé.

Points forts

• Échantillons de 100 × 280 mm, limitant la quantité de matériau nécessaire tout en conservant la représentativité du test.
• Flux radiatif ajustable, permettant la reproduction fidèle des conditions de la norme ISO 5658-2.
• Instrumentation complémentaire disponible : thermocouples, caméra visible ou IR, offrant la possibilité d’analyser en détail les mécanismes mis en jeu.
• Observation directe du comportement du matériau pendant l’essai (formation du char, dégagement de fumée, extinction).
• Outil idéal pour la recherche, le développement et la comparaison de formulations en laboratoire, dans une démarche d’optimisation et de qualification préliminaire.

Le banc d’essai HOI (High-velocity Oxygen Index), développé au sein du laboratoire sur la base de la norme ISO 4589-4 (inspirée du test LOI – Limiting Oxygen Index, ISO 4589-2), permet de déterminer la concentration minimale d’oxygène nécessaire au maintien d’une combustion soutenue.

Contrairement au test LOI conventionnel, le banc HOI introduit un écoulement gazeux à haute vélocité dans la colonne de combustion. Cette configuration réduit significativement les forces de flottabilité (convection) et permet de simuler un environnement de microgravité, dans lequel les effets convectifs sont quasi supprimés et où les transferts radiatifs deviennent prédominants.

Le dispositif se compose d’une colonne verticale alimentée par un mélange gazeux d’oxygène et d’azote à vitesse contrôlée. L’échantillon, positionné verticalement, est soumis à une flamme pilote pour initier la combustion. Le système de régulation des débits garantit la précision du mélange gazeux, tandis qu’un analyseur O₂ assure la mesure fine de la concentration en oxygène.

Application principale

L’application principale du test HOI est la caractérisation du comportement à la combustion en conditions à faible convection, simulant un environnement de microgravité. Ce test permet de comparer les performances de différents matériaux – polymères, composites, isolants – dans des régimes où le rayonnement dominent les transferts thermiques.

Le banc HOI constitue ainsi un outil de recherche avancé pour l’étude des mécanismes fondamentaux de combustion, l’évaluation des matériaux destinés aux applications spatiales, et la compréhension du rôle des échanges radiatifs dans la propagation de la flamme.

Points forts

• Écoulement gazeux à haute vitesse, réduisant les effets de convection et simulant un environnement en microgravité.
• Mesure précise de la concentration critique en oxygène (HOI) nécessaire au maintien de la combustion.
• Instrumentation complète : contrôle des débits gazeux, analyseur O₂, capteurs de température et de vitesse d’écoulement, système d’acquisition et observation visuelle de la vitesse de propagation de la flamme.
• Outil de recherche innovant pour l’étude du comportement des matériaux dans des conditions extrêmes, particulièrement adapté aux domaines du spatial et des matériaux avancés.

Le laboratoire a développé un banc d’essai innovant basé sur le cone calorimeter, permettant d’évaluer le comportement au feu des matériaux polymères avec contrôle de l’atmosphère. Ce banc offre la possibilité de travailler sous différentes atmosphères, y compris une atmosphère enrichie en oxygène jusqu’à 50 %, correspondant à des scénarios aérospatiaux spécifiques. Il permet également d’appliquer des flux thermiques contrôlés, comme 35 kW/m², pour reproduire des scénarios feu ciblés.

Application principale
Ce banc est conçu pour évaluer la réaction au feu de matériaux polymères, revêtements et systèmes multicouches. Il est particulièrement utile pour :

• la recherche et le développement de polymères sous atmosphère enrichie en oxygène ;
• l’étude de l’effet de la concentration en oxygène sur le comportement au feu dans le cadre de scénarios aérospatiaux réalistes, avec analyse des mécanismes associés.

Le dispositif peut également être utilisé dans des secteurs exigeants tels que l’industrie pétrolière et gazière, l’énergie ou le transport.

Points forts

• Possibilité de tester sous atmosphère enrichie en oxygène (jusqu’à 50 %) pour simuler des scénarios aérospatiaux.
• Application d’un flux thermique contrôlé de 35 kW/m² pour reproduire un scénario feu spécifique.
• Flexibilité pour tester différents polymères, revêtements et systèmes multicouches.
• Observation en temps réel des phénomènes de surface.
• Analyse des gaz de dégradation et identification des composés volatils par couplage analyseur de gaz et FTIR.
• Échantillons de petite taille (100 × 100 mm²).

Le banc d’essai RevCC (Representative Elementary Volume Combustion Calorimetry), développé au sein du laboratoire sur la base de la norme ASTM D7309 (MCC – Microscale Combustion Calorimetry ou PCFC – Pyrolysis Combustion Flow Calorimetry), a pour objectif de mesurer la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion de matériaux dans des conditions contrôlées, à une échelle représentative du matériau testé.

Contrairement au PCFC conventionnel, qui analyse quelques milligrammes d’échantillon, le banc REV-CC permet l’étude de plusieurs grammes de matériau. Cette approche offre une meilleure représentativité pour les matériaux peu denses, hétérogènes ou complexes tels que les composites, systèmes multicouches…, pour lesquels la micro-quantité d’un PCFC classique ne suffit pas à reproduire les interactions internes de la dégradation thermique.

Le dispositif est composé d’une chambre de pyrolyse où le matériau est chauffé selon un profil défini, couplée à une chambre de combustion alimentée en oxygène, permettant la mesure précise des flux de chaleur dégagés (HRR), du pic de chaleur dégagée (pHRR) et de la chaleur totale libérée (THR). L’ensemble est instrumenté pour assurer un suivi en continu des températures, débits gazeux et concentrations en O₂/CO₂, garantissant une analyse quantitative complète du comportement thermique du matériau.

Application principale

L’application principale du banc REV-CC est l’évaluation du potentiel calorifique et du comportement à la combustion de matériaux à structure complexe. Il permet de caractériser la cinétique de dégradation, la quantité de chaleur dégagée, ainsi que la réactivité des produits volatils en phase gazeuse.

Grâce à son volume d’essai plus important, le REV-CC permet de mieux représenter le comportement réel du matériau, notamment pour les produits poreux, fibreux ou multi-matériaux, où la micro-échelle du PCFC peut être limitante. Ce banc constitue ainsi un outil intermédiaire entre les essais microscopiques et les essais de feu à échelle réelle.

Points forts

• Volume d’essai élargi (plusieurs grammes), permettant une analyse représentative de matériaux hétérogènes ou à faible densité.
• Basé sur la norme ASTM D7309, garantissant la comparabilité avec les résultats de MCC/PCFC conventionnels.
• Mesures complètes : taux de chaleur dégagée (HRR), pic de chaleur dégagée (pHRR) et chaleur totale libérée (THR).
• Instrumentation avancée : capteurs de température, et d’analyse des gaz de combustion (O₂, CO₂,SO₂,NO,NO₂…).
• Outil de recherche performant pour l’étude des matériaux complexes, le développement de formulations retardatrices de flamme et la modélisation du comportement thermique.

Le banc d’essai à haut flux radiatif, développé au sein du laboratoire, est conçu pour reproduire des conditions d’exposition au feu dominées par le rayonnement thermique, sans contact direct avec la flamme. Il permet de simuler des scénarios d’incendie spécifiques, tels que la proximité d’une source de chaleur intense (réacteur, feu d’habitation, incendie confiné…), où la composante radiative du flux de chaleur est prépondérante.

Le dispositif est capable de générer un flux thermique total supérieur à 100 kW/m², avec un ratio radiatif supérieur à 70 %, garantissant une exposition réaliste et contrôlée. Cette configuration permet d’étudier finement l’influence du flux radiatif sur le comportement au feu des matériaux.

Le banc est équipé d’un panneau radiant à haute température, d’un système de régulation du flux incident, et d’une instrumentation complète comprenant capteurs de flux, thermocouples de surface et de cœur, ainsi qu’une caméra de suivi optique ou thermique pour observer en temps réel l’évolution de l’échantillon.

Application principale

L’application principale de ce banc d’essai est l’étude du comportement des matériaux sous flux radiatif intense, dans des conditions représentatives de scénarios de feu où la flamme n’est pas en contact direct avec la surface. Il permet d’analyser la contribution du flux radiatif à la dégradation thermique, d’évaluer la résistance des protections thermiques, et de comparer les performances de différents systèmes soumis à des scénario feu extrêmes.

Ce banc constitue un outil de recherche stratégique pour le développement et la qualification de matériaux avancés, de protections passives ou de revêtements intumescents, notamment dans les secteurs du bâtiment, de l’énergie, de l’aéronautique et du spatial.

Points forts

• Flux thermique total > 100 kW/m², permettant de reproduire des scénarios de feu sévères.
• Ratio radiatif supérieur à 70 %, assurant une exposition dominée par le rayonnement.
• Absence de flamme directe, idéale pour l’étude des phénomènes thermiques purs.
• Instrumentation complète possible : capteurs de flux, thermocouples, caméra de suivi visuel ou infrarouge, reconstruction 3D dynamique.
• Outil de recherche polyvalent pour l’analyse des mécanismes de dégradation, la validation de modèles numériques et la mise au point de matériaux résistants au flux radiatif intense.

Le banc d’essai est conçu pour étudier la propagation verticale du feu sur les façades équipées de systèmes d’isolation thermique par l’extérieur.
Cette méthode d’essai vise à reproduire de manière représentative les scénarios réels d’incendie de façade, tout en réduisant la taille, la complexité et le coût des essais par rapport aux tests à grande échelle.

Le dispositif comprend trois éléments principaux :

• un support d’échantillon pouvant accueillir des spécimens de 0,8 m de hauteur, 0,1 m de largeur d’épaisseur variable
• un panneau radiant de 0,2 m × 0,2 m, inclinable de 0° à 60°, permettant de reproduire un gradient de flux thermique vertical
• un brûleur linéaire destiné à l’allumage initial,

En ajustant la position du panneau radiant, il est possible de moduler la distribution du flux thermique sur la surface de la façade testée, dans une plage comprise entre 25 et 60 kW/m².

L’installation est équipée d’une caméra HD, d’une caméra infrarouge (IR) et de thermocouples, permettant d’enregistrer en continu les paramètres clés liés à la propagation du feu : temps d’allumage, évolution de la température de surface, durée d’extinction des flammes, température au dos de l’isolant, afin d’évaluer les performances thermiques du système.

Les images infrarouges permettent également de quantifier la longueur et la vitesse de propagation de la flamme, offrant ainsi une analyse complète du comportement du système testé.

Application principale

L’application principale de ce banc d’essai est l’évaluation du comportement des systèmes de façade lors de la propagation verticale du feu, selon des scénarios d’incendie représentatifs.
Cette méthode à échelle réduite permet d’étudier les mécanismes de propagation, l’influence du flux radiatif vertical, ainsi que la résistance thermique et la stabilité des matériaux isolants et revêtements.

Points forts

• Méthode à échelle réduite, permettant de reproduire de manière fiable les scénarios d’incendie de façade.
• Flux thermique ajustable (25 à 60 kW/m²) pour représenter divers niveaux d’exposition.
• Instrumentation complète et adaptable : caméras HD et infrarouge (équipées de filtres spécifiques), thermocouples,...
• Possibilité de simuler différents scénarios d’incendie de façade (pied de façade, ouverture, propagation interne).
• Outil de recherche performant pour la compréhension des mécanismes de limitation de la propagation du feu dans les systèmes.