Description
Contexte et objectifs :
Le secteur du bâtiment présente un intérêt croissant pour l’utilisation de matériaux biosourcés. Issus de ressources naturelles renouvelables, principalement d’origine végétale (chènevotte, paille, agro-béton, bois, etc.), ces matériaux présentent une faible empreinte carbone et contribuent à réduire l’impact environnemental de la construction. Ils offrent par ailleurs de bonnes performances d’isolation et participent à la régulation du climat intérieur des bâtiments.
Parmi ces éco-matériaux, les agro-bétons connaissent un développement notable depuis quelques années. Constitués d’un liant minéral (chaux, terre, plâtre, etc.) associé à des granulats végétaux (chènevotte, paille, lin, miscanthus, etc.), ils favorisent l’utilisation de ressources locales et renouvelables tout en participant à la décarbonation du secteur de la construction.
Cependant, malgré leurs excellentes performances isolantes, l’usage des agro-bétons reste freiné par le manque de connaissances sur leur comportement au feu, en particulier face au feu couvant [1-4]. Ce phénomène, caractérisé par une combustion lente et sans flamme, se manifeste fréquemment dans les combustibles poreux tels que les isolants biosourcés. Sa dangerosité réside dans sa capacité à démarrer sous une faible sollicitation thermique, puis à se propager au sein du matériau. Tant que l’apport en oxygène est suffisant et que les pertes de chaleur restent limitées, les réactions exothermiques s’auto-entretiennent, pouvant parfois conduire à un emballement thermique et évoluer vers un incendie majeur. Comprendre ce phénomène est donc essentiel pour prévenir les risques d’incendie dans les bâtiments et encourager l’utilisation d’isolants biosourcés, plus durables et respectueux de l’environnement.
Des travaux expérimentaux sur ce sujet ont été réalisés dans le cadre de la thèse de Tania Lopes [1, 3, 5]. Néanmoins, afin de réduire le coût des essais et de disposer d’un outil d’aide à la décision en protection incendie, le développement d’un modèle numérique prédictif fiable s’avère nécessaire.
L’objectif du stage est ainsi de contribuer au développement d’un modèle multiphysique capable de prédire la propagation du feu couvant dans les agro-bétons.
Méthodologie de recherche :
La démarche repose sur trois étapes complémentaires : analyse théorique, modélisation physique et numérique, validation et analyse de sensibilité.
1. Analyse théorique et schéma réactionnel :
Comprendre les phénomènes physiques en jeu lors du feu couvant dans les agro-bétons, la réactivité de ces matériaux et le schéma réactionnel servant de base à la modélisation.
2. Modélisation physique et numérique :
Mettre en place et consolider un modèle basé sur les équations de conservation couplées, intégrant les transferts thermiques, le transport de masse et les réactions chimiques. Le modèle numérique sera implémenté sous Comsol Multiphysics.
3. Validation expérimentale et étude de sensibilité des paramètres :
Confronter les résultats numériques aux données expérimentales disponibles et analyser les paramètres les plus influents afin d’évaluer et d’affiner la fiabilité du modèle.
Références :
1. Lopes, T., Uwizeyimana, P., Sonnier, R., Ferry, L., Regazzi, A., Aprin, L., Delot, P., Hellouin de Menibus, A., & Potin, M.. Fire performance of hemp concrete. In Advances in Bio-Based Materials for Construction and Energy Efficiency (pp. -). Woodhead Publishing.
2. Torero, J. L., Gerhard, J. I., Martins, M. F., Zanoni, M. A., Rashwan, T. L., & Brown, J. K.. Processes defining smouldering combustion: Integrated review and synthesis. Progress in energy and combustion science, 81, .
3. Lopes, T., Sturlèse, L., Sonnier, R., Reynaud, C., Regazzi, A., Hellouin de Menibus, A., Wielezynski, F., Ferry, L., Aprin, L., Potin, M., Delot, P., Uwizeyimana, P., Carvalho Martins, R., Warren, S.. Smoldering in biobased concretes. Construction and Building Materials,, .
4. Rein, G.. Smoldering combustion. In SFPE handbook of fire protection engineering (pp. -). New York, NY: Springer New York.
5. Lopes, T., Labeni, S., Sonnier, R., Ferry, L., Regazzi, A., Uwizeyimana, P., Aprin, L., Delot, P., Hellouin de Menibus, A., & Potin, M.. Ignition of biobased concretes. Construction and Building Materials,, .
6. Rogaume, T.. Thermal decomposition and pyrolysis of solid fuels: Objectives, challenges and modelling. Fire Safety Journal,, -.
Profile
Le/la candidat(e) devra être en formation de Master ou d’École d’ingénieur, avec de solides compétences
en modélisation et transferts thermiques, ainsi qu’un intérêt marqué pour la simulation
numérique. Des connaissances sur le comportement au feu des matériaux seront appréciées.
Starting date
-03-02
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