Thèse soutenue

Développement de matériaux composites à résistance et réaction au feu améliorée pour application dans le nautisme
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Auteur / Autrice : Léa Floch
Direction : Didier PerrinLaurent Ferry
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
Date : Soutenance le 02/07/2021
Etablissement(s) : IMT Mines Alès
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PCH Polymères, composites, hybrides - Polymères Composites et Hybrides / PCH - IMT Mines Alès
Jury : Président / Présidente : Patrick Ienny
Examinateurs / Examinatrices : Didier Perrin, Laurent Ferry, Marianne Cochez, Serge Bourbigot, Khaled Chetehouna, André Chrysochoos
Rapporteurs / Rapporteuses : Marianne Cochez, Serge Bourbigot

Résumé

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L’utilisation des matériaux composites dans les structures navales s’est amplifiée depuis les années 1970 permettant un gain de poids et un coût de maintenance réduit. Néanmoins, elle s’accompagne d’exigence de sécurité incendie du fait de la dégradation rapide de ces matériaux lorsqu’ils sont soumis à une flamme ou à un flux de chaleur élevé. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche partenariale avec un constructeur naval dédié à l’étude du comportement au feu des matériaux composites pour la fabrication d’un navire de recherche. Des stratégies d’ignifugations des matériaux composites avec des solutions commerciales ont été testées dans une première approche. La comparaison de retardateurs de flamme en masse et d’ignifugation en surface a été mise en place pour juger de l’efficacité de ces stratégies sur la réaction au feu du composite. De plus, une évaluation de la résistance au feu d’une solution choisie a été menée à l’aide du cône calorimètre. Par la suite, la formulation d’un revêtement de surface protecteur original, composé d’une matrice alcool poly(vinylique) et d’un système retardateur de flamme composé de polyphosphate d’ammonium en synergie avec une nanocharge lamellaire à base de sépiolite, a été placé sur le matériau composite. Ce complexe a été caractérisé en réaction et en résistance au feu. Une augmentation de la résistance au feu a été attestée par un retard et un ralentissement de l'augmentation de la température sur la face non exposée. Pour approfondir la compréhension des phénomènes thermiques et chimiques observés en résistance au feu, cette étude s’est attachée à appliquer et compléter le modèle de Statler et Gupta spécifiquement aux matériaux composites à l’aide du logiciel Comsol Multiphysics ® . Ce modèle, initialement développé pour évaluer le débit calorifique émis par un polymère formant du char pendant sa combustion, permet de traiter la dégradation de la matrice en gaz et char ainsi que le transport de gaz de la création à la libération hors du matériau. Pour cela, des lois de transfert de chaleur et de masse sont considérées au sein du matériau. Le modèle a été appliqué à un essai au cône calorimètre sous plusieurs flux thermiques non-uniformes dans un environnement contrôlé pour le revêtement poly(vinylique) et le composite permettant de confronter la simulation aux mesures expérimentales. Les résultats montrent une bonne adéquation modèle/expérience et des pistes d’améliorations sont proposées pour poursuivre la prise en compte de phénomènes thermo-chimiques.