Title Experimental and numerical study of the kinetics of thermal decomposition of plywood
Etude expérimentale et numérique de la cinétique de décomposition thermique de contreplaqués en bois
Résumé
Fire safety relies on the use of numerical simulations. Presently, the available computational codes are composed of different models including a model called pyrolysis's model which describe the thermal decomposition of solids. However, the current models of pyrolysis are sources of multiple errors. The present work proposed the multiscale approach to go step by step in the validation of the model, with taking into account the evolution of thermal, physical and chemical aspects during the decomposition. This research program concerns especially to habitat materials. Two kind of plywoods were characterized experimentally. The thermal decomposition of wood carried out by using two different facilities coupled with various gas analyzers: (1) Thermo-gravimetric analysis, TGA (particle scale) and (2) cone calorimeter (scale material). The relationship between the evolution of the mass loss rates and gaseous emissions allowed to propose a reactions mechanism for thermal decomposition. The reaction rate for each reaction described by considering Arrhenius law. Further, the parameters of kinetics were determined by the method of genetic algorithms. The Comparison between numerical and experimental results on this particle scale (obtained from TGA), showing a good agreement, that mean the pyrolysis model developed is validated and could be performed well for such scale. However, for a larger scale, the modelling of cone calorimeter was carried out by using GPYRO, but the numerical results were not in reasonable agreement with the obtained experimental data.
La sécurité incendie repose sur l'utilisation de simulations numériques. Les codes de calcul sont composés de différents modèles dont un nommé modèle de pyrolyse qui a pour enjeu de décrire la décomposition thermique des solides étudiés. Toutefois, les modèles de pyrolyse actuels sont sommaires et sources de multiples erreurs. Notre démarche de travail est multi-échelles afin de procéder étape par étape à la validation du modèle, tenant compte de l'évolution des propriétés thermiques, physiques et chimiques au cours de la décomposition. Le présent programme de recherche concerne les matériaux de l'habitat et plus particulièrement deux contre plaqués en bois. Nous avons caractérisé expérimentalement la décomposition thermique de ces bois à deux échelle de travail : en analyseur thermogravimétrique (échelle particule) et en cône calorimètre (échelle matériau) couplés à divers analyseurs de gaz. Le suivi des vitesses de perte de masse et des émissions gazeuses permet la proposition de mécanismes réactionnels de décomposition thermique : étapes de la décomposition. Chaque réaction de ces mécanismes a une vitesse qui peut être décrite sous la forme d'une loi d'Arrhenius dont les paramètres sont déterminés par la méthode des Algorithmes Génétiques. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux à l'échelle de la particule (ATG), montrant un très bon accord, le modèle de pyrolyse développé est validé à cette échelle. La modélisation des essais cône calorimètre en vue de la validation du Modèle à plus grande échelle a été menée à l'aide du code Gpyro. Les résultats obtenus ne sont toutefois pas satisfaisants.