Synthèse et caractérisation de matériaux composites à base de sulfate de calcium destinés à la protection incendie

par Céline Martias

Thèse de doctorat en Physico-chimie des matériaux

Sous la direction de Claude Favotto.

Soutenue le 14-10-2011

à Toulon , en partenariat avec Laboratoire Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin (Toulon) (laboratoire) et de Mapiem (laboratoire) .


  • Résumé

    La mise en place de nouvelles normes, de plus en plus contraignantes, est un défi pour l’élaboration de nouveaux matériaux résistants à haute température. Le premier objectif de l’étude est de mettre au point un panneau – coupe-feu 2h à base de plâtre. Il devra présenter à la fois de bonnes qualités d’isolant thermique et des propriétés mécaniques suffisantes pour maintenir l’intégrité d’un ouvrage d’art. Le second objectif est de comprendre, d’une part, l’influence de divers paramètres sur le phénomène de prise du plâtre et d’autre part, de déterminer les propriétés thermomécaniques du composite. Ce type de matériau est obtenu par l’association d’eau, d’une matrice céramique composée essentiellement de sulfate de calcium dihydraté et de charges utilisées en tant que renforts thermiques et/ou mécaniques.Dans une première partie, l’étude porte essentiellement sur la matrice pour laquelle une granulométrie permettant d’optimiser les propriétés mécaniques est déterminée. La matrice est ensuite caractérisée chimiquement. Une étude par calorimétrie isotherme de la réaction d’hydratation du sulfate de calcium semihydraté (plâtre) est réalisée afin de comprendre le mécanisme de prise du plâtre et de maîtriser les temps de prise. Pour cela, on étudie l’influence de la taille des grains, de la quantité d’eau, de la composition chimique du plâtre et de la présence ou non d’adjuvants sur la cinétique d’hydratation du plâtre.Dans une seconde partie, les renforts nécessaires à l’élaboration du composite sont sélectionnés. Les relations entre les quantités de charges et les propriétés thermomécaniques (conductivité thermique, module d’Young, dureté Shore C) du système sont étudiées. Ainsi, une modélisation du comportement du composite sous sollicitations thermique et mécanique est proposée. Cette étude a permis de définir une formulation de panneau présentant de très bonnes propriétés thermiques et des propriétés mécaniques suffisantes pour assurer l’intégrité d’un ouvrage d’art en cas d’incendie. La formulation mise au point a fait l’objet d’un dépôt de brevet (n° BIP207506FR00 en décembre 2010). Cette formulation est actuellement commercialisée par la société EXTHA sous forme de plaques.

  • Titre traduit

    Synthesis and characterization of composite materials using calcium sulfate for fire protection


  • Résumé

    The increase of prevention and the introduction of more and more restrictive standards are challenges for the development of new materials resistant to high temperatures. The aim of the study is to develop a fire panel with both good properties of thermal insulator (low thermal conductivity, fumes tightness) and mechanical properties sufficient to maintain a structure integrity in case of fire.That kind of material is composed of an inorganic matrix mainly composed of calcium sulfate dihydrate and of additives used as thermal and mechanical reinforcements. The first part of the study is focused on the matrix, especially on the determination of a particle size distribution for which the mechanical properties are optimized. Then, the matrix is chemically characterized. A study by isothermal calorimetry of the hydration reaction of the calcium sulfate hemihydrate (plaster) is conducted to understand the mechanism of hydration and to control setting times. For this, the influence of the grain size, of the quantity of water, of the chemical composition of plaster, of additives on the kinetics of hydration of the plaster is studied. The second part of this work resumes the different steps of the selection of additives. After that, the relation between the microstructure and thermo - mechanicals properties (thermal conductivity, Young modulus, Shore C hardness) of the system is studied.This study has permitted to establish a panel formulation having very good thermal and mechanical properties to ensure building integrity in case of fire. The formulation has been patented in December 2010 (No BIP207506FR00) and it is currently marketed as panels by Extha.


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