Modelling the thermal degradation of materials after a fire, coupling with an experimental campaign for the validation of a post-fire investigation methodology based on numerical simulation
Modélisation des dégradations relevées après sinistre, couplage avec une campagne expérimentale pour la validation d'une méthodologie d'investigations post-incendie par simulation numérique
Résumé
In the framework of complex fire investigations, an advantage of numerical tool, here Fire Dynamics Simulator (FDS), is the ability of assessing the relevance of numerous hypothesis stated by the investigator. However, to determine the scenario that best reproduces the conflagration, comparison points have to be defined between the fire scene and the final state of simulations.
The aim of this work is to determine the thermal insult sustained by various objects of the fire scene to compare it with numerical results. The apparatus mainly used to determine the thermal degradation mechanisms is the thermo-gravimetric analyser (TGA). Then, the following experimental method in proposed. TGA results obtained for a virgin sample of the studied element are compared with those obtained for a burnt sample of the same element. The differences outlined allow an estimation of the temperature levels reached in the burnt sample environment during the fire. However, no quantification of fire duration is possible through this method.
In order to obtain such data, a model based on the kinetics of the thermal degradation reaction is developed on Scilab. The aim of this program is to compare the theoretical reaction progress reached for temperatures extracted from each scenario of numerical simulations with the reaction progress of the burnt material. To obtain those values, the iso-conversional approach of the Arrhénius law is considered. Finally, the multiplication of comparison points on the fire scene allows the selection of the most appropriate FDS scenario.
Dans le cadre d’investigations post-incendie complexes, l'avantage de l’outil numérique, ici Fire Dynamics Simulator (FDS), est la possibilité d'évaluer la pertinence de plusieurs hypothèses formulées par l'enquêteur. Afin de déterminer le scénario reproduisant au mieux le déroulement du sinistre, des points de comparaison doivent être définis entre la scène d’incendie et l’état final des simulations.
Le but des travaux est alors de déterminer la sollicitation thermique subie par divers éléments de la scène d'incendie pour la comparer aux résultats des simulations. L'outil utilisé pour la détermination des mécanismes réactionnels de dégradation thermique étant l'analyseur thermogravimétrique (ATG), la méthode expérimentale suivante est proposée. Les résultats ATG obtenus sur un matériau dégradé lors de l'incendie sont comparés à ceux pour ce même matériau non dégradé. Les différences relevées permettent d'estimer les niveaux de température atteints dans l’environnement du matériau dégradé. Toutefois, aucune quantification du temps d’exposition ne peut être obtenue.
Afin d'obtenir cette donnée, un modèle basé sur la cinétique de réaction des matériaux est développé avec Scilab. L'objectif est de comparer un état d'avancement de la réaction de dégradation thermique théorique avec l'état d'avancement du matériau dégradé. L'approche isoconversionnelle de la loi d'Arrhénius est considérée. Les données d'entrée du modèle sont les courbes de température en fonction du temps extraites de FDS pour tous les scénarios modélisés et les propriétés cinétiques du matériau. La multiplication des points de comparaison permet de sélectionner le scénario FDS le plus approprié.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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