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CDD
3 ans
Trappes (Île-de-France)
Réf. MB/THFEU/DEC
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Thèse

Etude des mécanismes contrôlant la propagation du feu et de l’extinction de câbles électriques en milieu confiné - Thèse CIFRE

Contexte et objectifs de la thèse 

L’électrification et le besoin croissant en énergie conduisent à une utilisation massive des câbles électriques pour assurer la transmission de données et le transport d’énergie. Cependant, leur développement constitue une préoccupation majeure dans de nombreux secteurs en raison de la charge calorifique potentielle qu'ils représentent et des risques d'incendie associés. En effet, les matériaux utilisés dans l’enveloppe isolante et la gaine externe qui entourent l’âme conductrice, sont des systèmes polymères réactifs, qui peuvent favoriser l’éclosion et la propagation d’un feu lorsqu’ils sont exposés à un stress thermique externe. Dans de nombreux secteurs (nucléaire, industrie, transport, infrastructures, etc.), ces câbles sont localisés dans des espaces confinés, ce qui complique la gestion en cas d’incendie.

Outre les caractéristiques et l’agencement des câbles, les mécanismes régissant la propagation du feu ou son extinction vont dépendre fortement des conditions aérauliques environnantes. Le degré de confinement (présence de volume fini à proximité directe) et le taux de ventilation peuvent limiter la quantité d’oxygène disponible pour la combustion, favorisant la viciation de l’atmosphère et l’altération des gaz émis. Les conditions environnementales (oxygène, température, sollicitation thermique externe) génèrent des dynamiques de combustion complexes, parfois chaotiques, qui peuvent favoriser la propagation du feu de câble ou conduire à une extinction. L’évolution de la richesse a pour effet d’altérer directement les réactions de combustion, mais également les transferts de chaleur et de masse au sein des câbles présents, et donc leurs réactivités même. Dans certaines conditions, le confinement et la viciation de l’atmosphère peuvent présenter de nouveaux risques d’accident thermique, potentiellement plus dangereux, de type explosion de fumée.

Problématique

La majorité des études réalisées sur les feux de câbles électriques ont été menées dans des conditions bien ventilées. Les informations disponibles sur le comportement de ces produits en atmosphère viciée restent très limitées. L’influence des conditions environnantes sur la propagation du feu des câbles et les mécanismes d’extinction sont méconnus. Des études plus approfondies sont nécessaires afin de mieux appréhender et de prédire ces risques.

 

Missions 

Dans ce contexte, les travaux de thèse visent à caractériser expérimentalement et à appréhender le comportement au feu des câbles électriques dans de tels environnements. L’étude portera plus particulièrement sur l’étude des mécanismes de propagation latérale de flamme et d'extinction sur ce type de produit. La recherche se concentrera sur le développement d'une compréhension globale des processus impliqués et l’influence des facteurs environnements externes. Pour mener à bien cette recherche, des moyens techniques seront développés pour caractériser ces phénomènes et les interactions. Les travaux seront scindés en trois phases :

  • La première phase consistera à développer un banc d’essai spécifique à atmosphère contrôlée. Ce dispositif permettra d’étudier le comportement au feu de câble électrique en configuration horizontale. Différents moyens métrologiques seront couplés pour étudier les grandeurs caractéristiques. Ce banc métrologique sera développé au LNE.

 

  • La seconde phase viendra à étudier la vulnérabilité de câble placé en condition d’agression thermique. Dans un premier temps, les analyses seront réalisées dans des conditions bien ventilées. Cette phase est cruciale pour obtenir une compréhension approfondie des mécanismes sous-jacents à la propagation du feu. Un aspect particulièrement important sera de comprendre le rôle des conducteurs métalliques sur la pyrolyse et la propagation du feu. Dans un second temps, il s’agira étudier l’influence de l’atmosphère sur le comportement du produit. Dans cette phase expérimentale, différentes conditions de ventilation et d’oxygénation seront étudiées. Les analyses seront réalisées en imposant des conditions de ventilation constantes puis dynamiques. Cette phase permettra d’améliorer notre compréhension des mécanismes contrôlant l'extinction de la flamme.

 

  • Enfin la troisième partie consistera à développer des modèles numériques permettant de décrire les processus physiques observés. Ces modèles feront l’objet d’analyses statistiques pour évaluer leurs sensibilités aux paramètres et leurs incertitudes numériques. Ce travail permettra de développer des modèles capables de prédire ces phénomènes complexes et d'évaluer leurs impacts sur le développement d'un incendie.

Bibliographie

E. Thibert, Modélisation de la combustion des gaines de câbles électriques, Thèse de l’Université de Poitiers, 1999. (https://www.theses.fr/1999POIT2365)

J. Shi, Simulation de la pyrolyse de gaines de câbles électriques exposés au feu : Caractérisation et modélisation de la morphologie et de la conductivité thermique selon l'état de dégradation, Thèse de l’Université de Poitiers, 2019. (https://www.theses.fr/2019POIT2311)

S. Chatenet, Caractérisation de gaines de câbles électrique en incendie confiné au moyen d’un cône calorimètre à atmosphère contrôlée. Thèse de l’université de Lille 2019. (https://www.theses.fr/2019LILUR047)

R. Meinier, Etude expérimentale et analytique de l’inflammation et de la propagation du feu sur un chemin de câbles électriques, Thèse de l’Université de Montpellier, 2021. (https://www.theses.fr/2021EMAL0004)

L. Hu et al., Limiting oxygen concentration for extinction of upward spreading flames over inclined thin polyethylene-insulated NiCr electrical wires with opposed-flow under normal- and micro-gravity, Proceedings of the Combustion Institute 36 (2017) 3045–3053

Y. Konno et al., Role of wire core in extinction of opposed flame spread over thin electric wires, Combustion and Flame 220 (2020) 7–15

Profil

Vous êtes actuellement en Master 2 ou en école d’ingénieur avec une spécialité en thermique, combustion ou mécanique des fluides.

Vous avez des connaissances en transfert thermique et/ou combustion 

Vous êtes reconnu.e pour votre rigueur, votre autonomie, votre esprit d’analyse et de synthèse. Vous savez être force de propositions. Ces qualités vous permettront de mener à bien vos missions.

Vous avez une appétence pour les travaux expérimentaux et les outils de modélisation 

Une aptitude à la rédaction de rapport est fortement requise.

Vous maîtrisez l’anglais (oral et écrit).

Pour candidater, envoyez votre CV et une lettre de motivation, vos références, vos relevés de notes (sur les 2 dernières années)