Modélisation du comportement thermique haute température de matériaux minéraux

ABSTRACT

High temperature thermal transfer in hydrated minerals (such as gypsum, cement…) is studied and modelled. Exposed to fire, the studied materials are subject to phases transitions correlated with a high dehydration latent heat. The development of an electric furnace allowing the realisation of unidirectional high thermal transfer. The results of these trials are collected and merge in a database of experimental results. Concurrently, a thermal transfer model is built. Thermal analyses such as DTA/TG are used to determine the degradation kinetics of hydrated minerals. The degradation kinetics is modelled with a classical solid state kinetic law based on the chemical reaction rate. This law is used to balance the dehydration latent heat introduced in the heat equation. The developed model is then based on an implicit scheme and uses the finite difference method. Modelled and experimental results are presented herein.

RÉSUMÉ

La modélisation du transfert thermique à hautes températures dans des matériaux minéraux hydratés (gypse, ciment…) est analysée. Dans ces conditions, les matériaux étudiés présentent des changements de phases minérales associés à des chaleurs latentes importantes. Le développement d'un four électrique permettant la réalisation de tests d'exposition au feu unidirectionnelle permet de construire une bibliothèque de résultats expérimentaux. En parallèle, un modèle de transfert thermique est construit. Les analyses thermiques de type ATD/TG, permettent d'identifier les paramètres de dégradation thermique des matériaux. Cette cinétique est modélisée par une loi faisant intervenir le degré d'avancement de la réaction de dégradation. Elle pondère directement l'introduction de la chaleur latente dans l'équation de la chaleur. Le code de calcul développé repose sur un schéma implicite et exploite la méthode des différences finies. Différents résultats expérimentaux ou obtenus avec le modèle sont présentés.

KEYWORDS:

• fireproofing
• thermal transfer
• modelling
• kinetics

MOTS-CLÉS:

• protection incendie
• transferts thermiques
• modélisation
• cinétique