Etude de la dégradation thermique de poussières de polymères et évaluation du risque d'explosions

Polymers thermal degradation and dust explosions

• Auteur / Autrice : Loïc Youinou
• Direction : Philippe Gillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 14/12/2010
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexis Coppalle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gillard, Alexis Coppalle, Bernard Veyssière, Laurent Perrin, Stéphane Bernard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Veyssière, Laurent Perrin
• DOI : 10.70675/8d7e804fz6131z4ed3zb56bz604e626e321a

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyamides

Coups de poussières

Pyrolyse

Thermogravimétrie

Combustion spontanée

Flamme

Sécurité du travail

Mots clés libres

Polymère

Polymer

Résumé

L’étude réalisée porte sur la caractérisation d’un matériau polymère, le polyamide 12. Le matériau en question est utilisé dans des procédés industriels sous la forme de poussières pour réaliser des pièces mécaniques par frittage laser. De plus, une étude du polyméthacrylate de méthyle, polymère plus connu, a été conduite en parallèle afin de valider nos résultats expérimentaux. La première partie de l’étude porte sur la caractérisation du matériau et l’étude de sa dégradation thermique lorsqu’il est soumis a un échauffement lent. Une étude calorimétrique a tout d’abord été réalisée afin de comprendre le comportement global du matériau et identifier les grandes étapes de la dégradation thermique (changements de phases, réactions globales). Puis une analyse thermogravimétrique a été conduite afin de déterminer les étapes de dégradations identifiables par la variation de masse des échantillons. Afin de confirmer les étapes de la dégradation, nous avons analysé les gaz émis lors de la dégradation. Enfin, ces résultats ont été corrélés a des estimations obtenues par une méthode de contribution de groupes. La seconde partie concerne le risque d’allumage d’explosions de poussières de polymères. Une étude des énergies permettant l’allumage de réactions explosives est importante afin d’assurer la sécurité des chaines de production. Outre l’obtention d’énergies d’allumage de flammes dans un nuage de poussières, des relevés de pression en bombe sphériques ont également été faits, ainsi qu’une visualisation directe de la flamme d’un nuage de polymère. L’ensemble de ces résultats est important dans le domaine de la sécurité, tant dans le domaine des incendies que de la sécurité industrielle.

This work deals with a polymer characterization, the polyamide 12. This polymer may be used as a dust in industrial processes to create mechanical pieces by laser sintering. Methods and experimentations we applied to this study are compared to polymethylmethacrylate, a well-known polymer, for validation. In a first part, characterization of polymer has been performed (phase changes enthalpies and temperatures) through differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis. During these analysis, gas phase chromatography has been made to investigate pyrolysis and oxidation gaseous products. So a kinetic study has been performed to obtain global reactions involved in the thermal degradation process of polyamide 12. These results are useful to point the main reactions involved in thermal degradation. Then, all the results have been compared to some obtained by estimative methods, which can give some clues about physical and chemical properties of materials through their molecular structures. The second part of the work deals with dust explosions, energies needed to create flames in polymer dust clouds and the violence of explosions. Pressure evolutions versus time have been measured. Flame visual records by high speed camera have also been performed. These results are useful for risk assessment in processes and for enclosure fires.