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Rapport Année : 2024

Fire REsistaNce of External Thermal Insulation Composite Systems

Résistance au feu des systèmes composites d'isolation thermique externe des façades

Alexis Coppalle

Résumé

FRENETICS: Fire REsistaNce of External Thermal Insulation Composite Systems Acquire the scientific and technical knowledge needed to control the fire safety of facades and research new low-flammability materials. Increasing the energy performance of buildings is a crucial objective for all European countries, and in particular in France, in order to allow sustainable development. However, there are many new building features and products that singly or together may have an impact on fire safety. Large fires associated with facade systems for high-rise buildings have become a global problem. The recent dramatic events, in particular in London, remind us of the importance of addressing the fire issues as a whole. External thermal insulation (ETI) has developed strongly (with two types: ventilated cladding and composite systems of external thermal insulation, ETIC). This has translated into an increase in the fuel mass and fire propagation on the facades, with regard to the insulation materials used, generally derived from plastics. So, it is necessary to appreciate the kinetics of vertical and horizontal fire propagation and the interactions with the constructive systems, as well as their effects on the flow of hot plumes. Research into new treatments to reduce the inflammation of commercial materials is also essential. When the facade does not comply with the requirements of the legislation (IT 249), the only way to justify its compliance involves the completion of a specific real scale test called LEPIR 2 (Local Experimental for Real Fire with 2 levels). This test has advantages in the regulatory sense, but it is important to analyze and better understand the representability of LEPIR2. To summarize: the fire performance of facades must be well understood and designed. This will reduce vulnerabilities and increase the resilience of buildings. Using experimental methods and CFD simulations, analyses and understanding phenomena at several scales: small (material), intermediate (panel) and large (system). The project has involved experimental and numerical investigations on fire reaction properties of commercial products currently available for insulating facades. Two types, representative of the External Thermal Insulation Systems (ETIC), have been analyzed: ventilated cladding and composite systems. The methodology and the study are based on different scales: -At matter and small scales. The reaction to fire is studied with analytical methods, such as Thermo-gravimetric analysis (TGA) with coupled FTIR spectroscopy, and Cone Calorimeter (CC). New treatments to reduce the inflammation have been developed. -At the intermediate-scale. Tests are performed on panels in order to study the thermal decomposition and the flame propagation on insulation materials, when they are thermally stressed by a controlled heat or a fire source. Several measurement facilities are installed: thermocouples, heat flux sensors, gaseous analysers, visible cameras. -At the large-scale. With the LEPIR 2 test bench (French standard), it has been analyzed the fire reaction of current insulating systems, taking into account fasteners, fire barriers or withdrawals from openings and joints. -Numerical simulations. They will be carried out with FDS and FireFoam tools and compared to measurements in order to evaluate their ability to reproduce qualitative results, such as the timing of the main events and also the spreading on the facade, and quantitative results in terms of gas temperatures and heat fluxes close to the tested facade.
Résistance au feu des systèmes composites d'isolation thermique externe des façades Acquérir les connaissances scientifiques et techniques nécessaires au contrôle de la sécurité incendie des façades et à la recherche de nouveaux matériaux faiblement inflammables. Afin de permettre un développement durable, l'amélioration de la performance énergétique des bâtiments est un objectif crucial pour tous les pays européens, et en particulier pour la France. Cependant, il existe de nouveaux produits et des systèmes constructifs qui, seuls ou combinés, peuvent avoir un impact sur la sécurité incendie. Les incendies importants associés aux systèmes de façade des immeubles de grande hauteur sont devenus un problème mondial. Les récents événements dramatiques, en particulier à Londres avec la tour Grenfell en 2017, nous rappellent qu'il est important de traiter les problèmes d'incendie dans leur ensemble. L'isolation thermique des bâtiments par l'extérieur (ITE) s'est fortement développée, avec deux types de systèmes: les bardages ventilés et les systèmes composites enduits (ETIC). Cela peut se traduire par une augmentation de la masse de combustible et du risque de propagation du feu par les façades, pouvant mettre en cause les matériaux ou le système d’isolation utilisés, dans le cas où les matériaux sont combustibles (dérivés de matières plastiques) ou qu’une lame d’air existe favorisant alors le passage de flamme dans le système. Il est donc nécessaire d'apprécier la cinétique de propagation verticale et horizontale du feu et les interactions avec les systèmes constructifs, ainsi que leurs effets sur l'écoulement des panaches chauds. La recherche de nouveaux traitements pour réduire l'inflammation des matériaux commerciaux est également essentielle. Lorsque la façade ne répond pas aux exigences de la législation (IT 249), le seul moyen de justifier sa conformité consiste à réaliser un test spécifique en grandeur réelle appelé LEPIR 2 (Local Expérimental Pour Incendie Réel à 2 niveaux). Ce test présente des avantages sur le plan réglementaire, mais il est important d'analyser et de mieux comprendre la représentativité des essais du LEPIR 2 par rapport aux cas réels. Avec des méthodes expérimentales et des simulations CFD, analyses et compréhension des phénomènes à plusieurs échelles, petite (matière), intermédiaire (panneau) et grande (système). Le projet comprend des études expérimentales et numériques sur le comportement au feu des produits commerciaux actuellement disponibles pour l'isolation des façades. Deux types de systèmes, représentatifs des systèmes d'isolation thermique par l'extérieur (ETIC), ont été analysés : les bardages ventilés et les systèmes composites enduits. La méthodologie est basée sur des études à différentes échelles : -A l'échelle de la matière et à petite échelle. La réaction au feu est étudiée à l'aide de méthodes analytiques, telles que l'analyse thermo-gravimétrique (TGA) avec spectroscopie FTIR couplée, et le calorimètre à cône (CC). De nouveaux traitements pour réduire l'inflammation ont été développés. -A l'échelle intermédiaire. Des tests sont effectués sur des panneaux, de l’ordre de quelques dcm2, afin d'étudier la décomposition thermique et la propagation de la flamme sur les matériaux d'isolation, lorsqu'ils sont soumis à un flux de chaleur contrôlé ou à une source d'incendie. Plusieurs équipements de mesure sont installés : thermocouples, capteurs de flux de chaleur, analyseurs de gaz, caméras visibles. -A grande échelle. Le banc d'essai LEPIR 2 (norme française) a permis d'analyser la réaction au feu des systèmes d'isolation actuels à échelle réelle (bâtiment à 2 étages), en tenant compte des fixations, des barrières coupe-feu ou des retraits au niveau des ouvertures et des joints. Des simulations numériques ont été réalisées avec les outils FDS et FireFoam et comparées aux mesures afin d'évaluer leur capacité à reproduire les résultats qualitatifs, tels que la chronologie des événements principaux et la propagation sur la façade, et les résultats quantitatifs en termes de températures des gaz et de flux de chaleur.
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PROJET FRENETICS_Essai 1-Bardage-ventile.pptx (6.55 Mo) Télécharger le fichier
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Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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Dates et versions

hal-04626906 , version 1 (27-06-2024)

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Domaine public

Identifiants

  • HAL Id : hal-04626906 , version 1

Citer

Alexis Coppalle. Résistance au feu des systèmes composites d'isolation thermique externe des façades. INSA de Rouen. 2024. ⟨hal-04626906⟩
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