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Caractérisation morphologique et modélisation des transferts radiatifs dans les résidus poreux de matériaux fortement intumescents – IRSN/PSN-RES/SA2I/LIE Cadarache
L’Institut
L’IRSN, Etablissement Public à caractère Industriel et Commercial (EPIC) est l’expert public national des risques nucléaires et radiologiques. L’IRSN concourt aux politiques publiques en matière de sûreté nucléaire et de protection de la santé et de l’environnement au regard des rayonnements ionisants. Organisme de recherche et d’expertise, il agit en concertation avec tous les acteurs concernés par ces politiques, tout en veillant à son indépendance de jugement.
Thématique
Le Service des Agressions Internes et des risques Industriels (SA2I) de l’IRSN est chargé d’identifier les différents risques d’incendie pouvant survenir dans les installations nucléaires, de proposer des outils d’analyse utilisables pour les études en sûreté, et de développer des dispositifs d’essais et des outils de simulation pour améliorer la compréhension des phénomènes impliqués lors d’un incendie.
A ce titre, le Laboratoire de l’Incendie et de l’Explosion (LIE, rattaché au SA2I) propose deux démarches complémentaires d’évaluation de la puissance et de la cinétique de feux impliquant des foyers complexes (armoires électriques, chemins de câbles, boîtes à gants). La première consiste à développer des modèles intégraux de puissance corrélés aux caractéristiques macroscopiques du foyer. La seconde, dans laquelle s’inscrit la présente thèse, consiste à proposer une modélisation locale des différents phénomènes étudiés (transferts thermiques et massiques, combustion, pyrolyse) pour les simuler et ainsi prédire la puissance du feu. Plus précisément, la thèse proposée porte sur la modélisation de la dégradation thermique, ou pyrolyse, des matériaux constituant ces foyers complexes.
Sujet
En effet, de nombreux matériaux rencontrés en milieu nucléaire possèdent la propriété de former un résidu poreux au cours de leur pyrolyse. Typiquement les matériaux rencontrés dans la fabrication des câbles (halogénés en PVC, ou non-halogénés le plus souvent constitués d’éthyl-acétate de vinyle (EVA) et d’une charge minérale jouant le rôle de retardateur de flamme) forment un résidu poreux, de même que le polycarbonate (PC) constituant les panneaux internes des boîtes à gants présentes dans les laboratoires usines. Or, la prédiction de la cinétique de dégradation de ces matériaux implique de bien connaître non seulement leurs propriétés thermocinétiques (lois d’Arrhénius, chaleurs de pyrolyse), mais également toutes leurs propriétés intervenant dans les transferts thermiques (inertie thermique, conductivité, propriétés radiatives) et de masse (porosité, perméabilité, diffusivité, morphologie), non seulement à l’état vierge mais également tout au long de leur dégradation.
Dans le cas des matériaux fortement intumescents tels que le PVC ou le polycarbonate, les résidus formés sont très intumescents, contiennent des pores de taille observable à l’oeil nu, et contrairement aux matériaux peu intumescents, les transferts radiatifs au sein des résidus poreux sont au moins du même ordre de grandeur que la conduction. Dans ce contexte, la présente thèse vise à caractériser les propriétés radiatives effectives de ces matériaux aux différents états de leur dégradation, en vue d’effectuer la simulation prédictive de leur dégradation thermique, à l’image de travaux réalisés récemment sur la conductivité thermique effective des gaines de câbles non-halogénées.
Direction et encadrement de thèse
Jean-François Thovert (directeur de thèse), Institut P’;
Valeri Mourzenko (co-directeur de thèse), Institut P’;
Germain Boyer (encadrant), IRSN/PSN-RES/SA2I/LIE Cadarache
Contacts
Germain Boyer (germain.boyer@irsn.fr) — Jean-François Thovert (thovert@ensma.fr)
Contrat doctoral