Simulation de la pyrolyse de gaines de câbles électriques exposés au feu : Caractérisation et modélisation de la morphologie et de la conductivité thermique selon l'état de dégradation

​Jianwei Shi a soutenu sa thèse le 9 décembre 2019 à l'Institut P', Chasseneuil-du-Poitou.

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Dans l’étude de la propagation du feu le long des chemins de câbles dans les centrales nucléaires, la nature des câbles et de leur gaine a été identifiée comme un facteur important jouant sur le développement du feu. Dans le but de simuler la pyrolyse et la propagation du feu le long de ces câbles, il est nécessaire de caractériser les propriétés thermiques et thermocinétiques des matériaux dont ils sont constitués tout au long du processus de leur dégradation. Or, la caractérisation directe de certaines propriétés, notamment la conductivité thermique, n’est pas toujours aisée dans la mesure où les résidus de ces matériaux peuvent changer de volume, de morphologie et être friables. C’est pourquoi il est proposé dans ce travail d’estimer la conductivité de ces matériaux et de leurs résidus en prenant en compte leur morphologie caractérisée par micro-tomographie et la conductivité de leurs constituants.
Dans le cadre de cette thèse, on s’intéressera plus particulièrement au cas de mélanges EVA-ATH (Ethylvinyl-acétate et aluminium-trihydraté, agent ignifuge minéral). Ces matériaux contiennent une dispersion de grains d'environ 2 µm correspondant à la charge d’ATH, et leurs états dégradés présentent des pores dont la taille n’excède pas quelques centaines de microns. On s’attend donc à ce que les transferts thermiques soient dominés par la conduction et que le rayonnement joue un rôle négligeable. Par ailleurs, il existe un fort écart de conductivité entre les différents constituants, à savoir les gaz occupant le volume des pores, la matrice polymère, l’ATH et l’alumine issue de sa déshydratation. Ces contrastes induisent une forte incertitude sur la conductivité effective du matériau. Dans ce contexte, l’approche proposée permet d’estimer la valeur de la conductivité effective mais aussi les incertitudes liées à différentes caractéristiques du matériau (échelles de porosité, anisotropie, conductivité des différentes substances en présence). Cette estimation porte en premier lieu sur les états de dégradation particuliers observés sous tomographie et imagerie MEB. Mais la formulation d’un modèle conceptuel donne également accès à cette conductivité tout au long de la dégradation du matériau. Ces estimations sont enfin utilisées pour réaliser des simulations de pyrolyse avec le logiciel de simulation des incendies CALIF3S-ISIS de l’IRSN. Ces simulations visent d’une part à reproduire des essais de dégradation d’échantillons d’EVA-ATH sous cône calorimètre issus de la littérature ; d’autre part, des études de sensibilité aux incertitudes sur les différents paramètres du modèle, incluant celles du modèle de conductivité effective, sont menées afin de déterminer, pour ce type de matériau, les paramètres ayant le plus d’influence sur le processus de pyrolyse.