Fire performance of artificial turf structures : small-scale testing and development of fireproofing strategies

Etude du comportement au feu de structures de gazon artificiel : essais à petite échelle et développement de stratégies d'ignifugation Le gazon artificiel utilisé pour le sport est un revêtement de sol généralement composé d'un support tufté, de brins en polyoléfine, d'une couche de sable et d'un matériau de remplissage (souvent en polymère synthétique, parfois d'origine naturelle comme le liège). Même si le gazon artificiel présente un risque d'incendie important en raison de sa teneur élevée en matière organique, son comportement au feu a rarement été étudié. D’autre part, les structures de gazon artificiel sont de plus en plus utilisées en intérieur ou dans des espaces fermés. Dans ce cas, la réglementation incendie en vigueur est la norme européenne EN ISO 13501-1 pour les matériaux de construction. Dans ce système Euroclass, le panneau radiant (norme EN ISO 9239-1) est le principal test permettant d'évaluer le comportement au feu des revêtements de sol. Un classement CFL avec un taux de fumée inférieur à 750 %/min est requis pour une utilisation en intérieur. Cependant, très peu de structures de gazon artificiel répondent à ces exigences. Dans ce cadre, l’objectif de cette thèse est triple ; il s’agira d’une part (i) de mieux comprendre le comportement au feu de ces structures complexes, d’autre part (ii) de développer une méthodologie d’étude afin, in fine (iii) de développer des structures aux propriétés feu améliorées. Afin de répondre au premier objectif, des essais au calorimètre à perte de masse ont été réalisés sur plusieurs structures de gazon artificiel et ont mis en évidence l'impact majeur du matériau de remplissage qui contribue majoritairement à la chaleur dégagée durant la combustion. Parmi les quatre matériaux de remplissage testés, le liège présente le meilleur comportement avec une quantité de chaleur libérée plus faible et un temps de combustion plus court. La performance au feu des structures a ensuite été évaluée en utilisant le test au panneau radiant EN ISO 9239-1. De grandes quantités de matière étant nécessaires à la réalisation des tests à échelle réelle, un plan d’expériences a été mis en œuvre pour permettre la transposition du test à petite échelle. La performance au feu des structures de gazon artificiel a ensuite été évaluée aux deux échelles et les résultats obtenus ont été comparés, conduisant à la validation du test à échelle réduite et de la méthodologie d’essai. Enfin, la réalisation d’une structure ignifugée plus performante a été envisagée, en utilisant un remplissage à base de liège modifié. Une recherche bibliographique importante a d’abord été effectuée sur le liège et sur la manière d'ignifuger les composés naturels plus généralement car l'ignifugation du liège n'a jamais été décrite auparavant. La phosphorylation est la méthode de modification en masse choisie afin d'améliorer le comportement au feu du liège. Elle consiste à fonctionnaliser les groupes hydroxyles du liège avec des retardateurs de flamme phosphorés. Le protocole de phosphorylation a d’abord été développé puis optimisé. Enfin, le comportement au feu du liège modifié, seul et intégré à la structure de gazon, a été évalué au calorimètre à perte de masse et au panneau radiant à petite échelle. Diverses caractérisations ont également été réalisées afin de mieux comprendre le comportement du liège modifié, notamment lors de la combustion, et de déterminer les mécanismes d'action impliqués. Ce travail a permis de conclure que l’utilisation d’un remplissage en liège phosphorylé dans une structure de gazon artificiel permet d'obtenir une amélioration notable des propriétés feu au panneau radiant à échelle réduite et ainsi a priori, d'atteindre les exigences de la norme Européenne pour une utilisation en intérieur. La nécessité d’utiliser un remplissage ignifugé dans les structures de gazon artificiel pour améliorer leur comportement au feu a été clairement mise en évidence.