Caractérisation de la flamme de diffusion établie le long d'un combustible solide en convection naturelle par le nombre de transfert de masse

Yannick PIZZO, thèse de doctorat de l'université de Provence (Ecole polytechnique universitaire de Marseille, Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (Iusti)), discipline : mécanique-énergétique, école doctorale : mécanique, physique et modélisation, 72p., soutenue le 28 novembre 2007

Dans le domaine de la sécurité incendie, le taux de pyrolyse d’un matériau combustible soumis à un feu est un paramètre essentiel dans l’évaluation de la puissance du feu et de ses conséquences sur l’environnement. La présente étude est consacrée à la détermination expérimentale, analytique et numérique du taux de pyrolyse à l’état stationnaire le long d’une plaque plane de PMMA en position verticale et soumise au feu. Un dispositif expérimental original a été développé, ainsi qu’une technique de mesure basée sur la détermination instantanée de la surface de régression du combustible. Une analyse théorique basée sur les hypothèses de couche limite laminaire réactive et un modèle numérique bidimensionnel reposant sur la résolution des équations complètes de Navier-Stokes sont utilisés. L’étude des débits massiques surfaciques de combustible permet de mettre en évidence des effets tridimensionnels qui se manifestent pour de faibles largeurs de plaque. Dans la partie laminaire de l’écoulement, proche du bord d’attaque, les résultats expérimentaux et numériques présentent une décroissance du taux de pyrolyse en bon accord avec ce que prévoit la théorie de la couche limite laminaire réactive. Les écarts observés sur les lois d’échelle s’expliquent par le fait que la théorie ne prend en compte les pertes radiatives et conductives à l’interface combustible / gaz. Les hypothèses de validité de la théorie de la couche limite réactive sont ensuite discutées. On montre qu’en écoulement libre le taux de pyrolyse est inversement proportionnel au gradient de vitesse pariétal. Un modèle de pyrolyse basé sur le nombre de transfert de masse est proposé dans la phase transitoire, en s’affranchissant du calcul de la phase gazeuse.