Les tests feu conventionnels
Mass Loss Cone Calorimeter (MLC)
Le Mass Loss Cone Calorimeter (MLC) est un outil de laboratoire permettant d’évaluer la réaction au feu des matériaux sous un flux thermique purement radiatif et parfaitement contrôlé. L’échantillon, placé généralement horizontalement, est soumis à un flux de chaleur calibré pouvant varier de 25 à 75 kW/m², reproduisant ainsi différents scénarios d’incendie, depuis un départ de feu discret jusqu’à un embrasement généralisé.
Au cours de l’essai, la perte de masse est mesurée en continu, fournissant des données essentielles sur la cinétique de dégradation du matériau. Le flux thermique est contrôlé par une thermopile étalonnée à l’aide d’un flux de référence généré par la combustion de méthane. Ce dispositif permet également de mesurer plusieurs indicateurs clés : le flux de chaleur maximal (pHRR : peak of Heat Release Rate), le flux de chaleur total dégagé (THR Total Heat Release), le temps à l’inflammation (t ignition), et le temps d’extinction (t flameout).
En ajustant le flux radiatif appliqué, le MLC permet de reproduire différentes intensités d’incendie :
- 25 kW/m² : feu couvant ou faible source d’inflammation, typique de petits appareils ou de départs de feu discrets, souvent utilisé pour les textiles ou le mobilier.
- 35 kW/m² : incendie localisé ou proximité immédiate d’un foyer naissant, courant dans les environnements de transport (cabines, sièges) ou les équipements électriques.
- 50 kW/m² : phase de développement avancé du feu avant embrasement généralisé (pré-flashover), pertinente pour les matériaux de construction et les enveloppes de bâtiment.
- 60 kW/m² : propagation rapide du feu, utilisé dans des études de sécurité incendie et pour les matériaux à usage industriel.
- 75 kW/m² : conditions extrêmes d’embrasement généralisé (flashover), permettant d’étudier les comportements aux limites des matériaux.
Ces scénarios permettent de tester la résistance et la contribution potentielle au développement du feu dans des conditions définies.
Applications principales :
- L’évaluation de la réaction au feu de matériaux dans différents secteurs (bâtiment, transport, électronique, textile technique...)
- Le développement de matériaux à comportement au feu amélioré, notamment à travers l’intégration de retardateurs de flamme ou de revêtements protecteurs
- La validation rapide de concepts et formulations ignifugées, en amont de tests à plus grande échelle
- Le screening de formulations en phase de recherche ou d’optimisation
- Le soutien à la modélisation incendie
Points forts du MLC :
- Analyse fine et dynamique de la perte de masse sous flux radiatif contrôlé
- Données clés pour la modélisation des phénomènes thermiques et combustibles
- Rapidité de mise en œuvre et faible quantité de matière nécessaire
- Idéal pour études comparatives, effets de formulations, revêtements ou structures multicouches
Études complémentaires in situ / post mortem :
Le MLC peut être intégré à des campagnes d’analyse plus poussées pour une compréhension approfondie des mécanismes :
- Étude de la phase condensée et gazeuse, pendant ou après combustion
- Mesure de l’effet barrière thermique des résidus charbonneux
- Suivi de l’opacité des fumées et de leur nature chimique
- Quantification des gaz émis par spectroscopie FTIR in situ (Antaris)
- Analyse post mortem de la morphologie des matériaux (ex : structure de la char)
- Évaluation de la résistance mécanique des résidus (ex : couplage avec un rhéomètre)
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Pyrolysis Combustion Flow Calorimeter (PCFC)
Le Pyrolysis Combustion Flow Calorimeter (PCFC), ou Micro Calorimeter (MCC), est un appareil de laboratoire à très petite échelle permettant de mesurer la chaleur dégagée par la combustion des gaz issus de la pyrolyse d’un matériau.
Développé initialement par la Federal Aviation Administration (FAA), cet outil offre une analyse rapide et reproductible de la combustion en conditions strictement contrôlées.
Lors de l’essai, le matériau est chauffé sous atmosphère inerte (azote) pour provoquer sa pyrolyse. Les gaz générés sont ensuite transférés dans une chambre d’oxydation à température constante (environ 900 °C), où ils sont brûlés complètement. La quantité de chaleur libérée est mesurée par déplétion de l’oxygène.
Bien que le PCFC ne simule pas directement des scénarios d’incendie à l’échelle macroscopique comme un calorimètre à cône, il fournit des données fondamentales sur la réactivité thermique intrinsèque des matériaux, et notamment leur comportement en phase gaz.
Applications principales
- Évaluation rapide du comportement au feu de matériaux divers (polymères, mousses, textiles, composites) présentant une action en phase gaz
- Développement de retardateurs de flamme, notamment ceux agissant par inhibition gazeuse
- Hiérarchisation des formulations selon leur capacité à générer des gaz combustibles et leur température de décomposition
- Screening préliminaire en phase de formulation ou d’optimisation, avant essais normalisés ou à plus grande échelle
Points forts du PCFC
- Nécessite des quantités minimes de matériau (2 à 5 mg) – idéal pour les échantillons rares ou en cours de développement
- Séparation maîtrisée des étapes de pyrolyse et de combustion
- Mesure directe des principaux paramètres thermiques :
- pHRR (peak heat release rate)
- THR (total heat release)
- Températures caractéristiques de décomposition et d’oxydation
Oxygen Index
Le test LOI (Limiting Oxygen Index) est une méthode normalisée permettant de déterminer la concentration minimale d’oxygène nécessaire pour maintenir la combustion d’un matériau polymère dans un mélange contrôlé d’oxygène et d’azote.
Réalisé conformément à la norme ISO 4589-2, ce test fournit une valeur seuil d’oxygène exprimée en pourcentage (vol%), au-dessus de laquelle un échantillon vertical s’enflamme et continue de brûler sur une hauteur donnée.
Plus la valeur du LOI est élevée, plus le matériau est difficile à enflammer, ce qui en fait un indicateur pertinent de la facilité d’inflammation et du caractère auto-entretenu ou non de la combustion.
Applications principales
- Évaluation de la résistance à l’inflammation de matériaux polymères (plastiques, textiles, mousses, composites…)
- Comparaison de formulations dans le développement de matériaux ignifugés
- Études sur les effets des additifs retardateurs de flamme
- Indice préliminaire pour sélectionner des matériaux pour des applications nécessitant une faible inflammabilité (transport, électronique, bâtiment…)
Points forts du test LOI
- Requiert peu de matière (échantillons de petite dimension)
- Permet une première hiérarchisation en phase de screening
- Peut être utilisé en complément d'autres tests plus complexes (cone calorimeter, PCFC…)
Glow wire
Le Glow Wire Test est une méthode normalisée permettant d’évaluer la résistance à l’inflammation d’un matériau lorsqu’il est soumis à une source de chaleur localisée, représentée par un fil métallique chauffé électriquement à une température précise (généralement entre 550 °C et 960 °C selon l'application).
Conforme à la norme IEC 60695-2-10, cet essai simule l’effet de points chauds d’origine électrique (court-circuit, surchauffe, mauvais contact), typiques des environnements électriques et électroniques. Il consiste à appliquer un fil incandescent en contact avec un échantillon pendant un temps donné (30 s), et à observer si l’échantillon s’enflamme, coule, ou provoque une inflammation secondaire.
Ce test est largement utilisé pour qualifier la sécurité incendie des composants électriques et électroniques, et pour la certification de matériaux plastiques selon des exigences de non-propagation de la flamme.
Applications principales
- Qualification des composants électriques (prises, boîtiers, interrupteurs, connecteurs…)
- Évaluation de la résistance thermique et à l’inflammation de matériaux polymères utilisés dans l’électronique, l’électrotechnique ou l’électroménager
- Validation de formulations ignifugées agissant en barrière thermique ou auto-extinguibles
Points forts du Glow Wire Test
- Simulation réaliste de défauts électriques localisés, sources fréquentes de départ de feu
- Permet d’évaluer : – L’inflammation directe de l’échantillon
- Le comportement au gouttage (matière fondue enflammée)
La capacité d’auto-extinction du matériau
Test de classification de l’inflammabilité des plastiques
Le test UL 94 est l'une des méthodes les plus utilisées pour évaluer la réaction des matériaux plastiques au feu, en mesurant leur capacité à s'enflammer, à propager une flamme ou à s'auto-extinguer.
Ce protocole inclut plusieurs configurations d'essai (horizontale et verticale), permettant une classification normalisée des matériaux (HB, V-2, V-1, V-0, 5VB, 5VA) et facilitant ainsi la comparaison des performances au feu de différentes formulations.
Applications principales
- Certification des plastiques pour les secteurs de l’électronique, de l’électricité, de l’automobile, de l’électroménager
- Validation des matériaux ignifugés (boîtiers, circuits, connecteurs, gaines, etc.)
- Comparaison rapide entre formulations dans le développement de nouveaux systémes
Configurations et classifications principales
- Essai horizontal (HB) :
Mesure de la vitesse de propagation de la flamme sur un échantillon placé horizontalement. Cette configuration permet de déterminer la vulnérabilité de base d’un matériau face à une source de chaleur. - Essai vertical (V-0, V-1, V-2) :
L’échantillon est placé à la verticale et enflammé à deux reprises. Le classement est basé sur le temps d'extinction, la présence de gouttes enflammées et l’inflammation d’une ouate placée sous l’échantillon. - Essais 5V (5VA, 5VB) :
Ces essais sont effectués dans des conditions plus extrêmes (flamme plus intense et échantillon plus épais). Ils sont utilisés pour évaluer le comportement des matériaux dans des scénarios sévères, souvent dans des applications industrielles.
Points forts du test UL 94
- Permet une classification claire et standardisée des matériaux selon leur comportement face au feu
- Idéal pour des tests de présélection ou de qualification de produits
- Fournit des données essentielles pour évaluer la sécurité incendie des composants plastique