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Pour les avions de transport (passagers ou fret) de plus de 5,6 tonnes, les exigences en termes de tenue au feu pour les différents éléments constituant un aéronef (compartiments cargos, sièges, moteurs, structures extérieurs, matériaux d’isolation, etc) sont spécifiées dans la règlementation FAR/CS 25.

Suivant le composant considéré, différents niveaux de tenue au feu sont exigés, soit en termes de propagation, d’auto-extinction ou de percement ainsi qu’un moyen d’essai permettant d’évaluer les différents critères définis. Il existe donc environ une vingtaine de tests allant du test des câbles et connecteurs électriques au test de pénétration sur les matelas d’isolation thermique en passant par le test des coussins de siège. Pour chacun de ces tests, il existe différents moyens expérimentaux afin de démontrer que les pièces répondent aux exigences fixées par les organismes de certification (voir tableau I-2). Dans la majorité des cas, les tests de tenue au feu ont pour objectif d’évaluer la capacité des matériaux à garder leurs fonctions pendant un temps donné ; cela, en limitant la propagation de l’incendie vers de nouvelles zones. Ils sont de type « vrai/faux », seule la réussite à un critère donné est donc évaluée. Par exemple, pour les tests au feu des isolations thermiques (FAR 25.877), le temps de percement ainsi que le flux thermique en face arrière sont évalués au cours de l’essai. Le critère de satisfaction étant l’absence de percement après 5 min d’essai avec une température mesurée en face arrière ne devant pas dépasser 204 °C. Autre exemple : les tests au feu des structures et matelas de sièges (FAR25.867) où les critères de réussite de l’essai correspondent à une perte de masse inférieure à 10 % de la masse initiale ainsi qu’une flamme sur le matelas ne mesurant pas plus de 43.2 cm sur 2/3 des échantillons testés.

Tableau I-2. Listes des différents niveaux de certification ainsi que les exigences associées.

Type de pièces Banc d’essais Exigences

Compartiment intérieur Compartiments cargo ou

bagages

Bec bunsen vertical,

horizontal, 45° 25.853 25.855

Câbles électriques Bec Bunsen 60° 25.869

Connecteurs électriques Torche propane

25.863 25.865 25.867 25.1201 25.1203

Matériaux de la cabine Dégagement de chaleur 25.853

Matériaux de la cabine Opacité des fumées 25.853

Coussin de siège Brûleur kérosène 25.853

Revêtement des

compartiments cargo Brûleur kérosène 25.855

Isolations thermiques et

acoustiques Brûleur kérosène 45° 25.856

Rampes et canaux

d’évacuation Panneau radiant

25.853

Technical Standard Order C69A

Compartiments pour

déchets Confinement du feu 25.853 25.855

Pièces moteur

Nacelle Pénétration du feu

25.867 25.865 25.1191 25.1193

Dans ce travail de thèse, les matériaux étudiés ont pour objectif d’être utilisés pour la fabrication de pièces se trouvant dans un environnement moteur. Par conséquent, ces derniers doivent répondre au test de la tenue au feu pour les composants situés dans cet environnement (FAR/CS 25.867, FAR/CS 25.1191). Les conditions d’essai permettant d’évaluer la tenue au feu sont précisées dans la circulaire AC 20-135 et dans la norme ISO 2685. L’objectif de ces essais est de s’assurer que les éléments puissent soutenir un atterrissage d’urgence ou une coupure du moteur en sécurité lors d’un incendie et d’éviter la propagation de ce dernier vers de nouvelles zones de l’avion. Les pièces ou échantillons matériaux sont donc soumis à une flamme de kérosène-air possédant un flux et une température fixés.

Selon le type de pièce, il existe deux niveaux de certification. Néanmoins, dans les deux cas, les matériaux doivent être testés dans les mêmes conditions de feu avec le même brûleur reconnu par les autorités. Actuellement, les brûleurs kérosène recensés usuellement ne sont plus produits. Cependant, depuis quelques années un nouveau type de brûleur est développé par la FAA pour répondre aux conditions de températures et de flux de la manière la plus répétable et précise possible. Ce brûleur est communément

appelé le brûleur NexGen (voir figure I-6). La flamme de diffusion kérosène-air est créée à l’aide d’un injecteur équipé d’une buse pour carburant liquide à un débit fixé (le débit pouvant varier légèrement en fonction de la pression du carburant). Un stator ainsi qu’un Turbulateur sont utilisés afin de créer un swirl permettant d’assurer un mélange optimum entre le carburant et l’air. Le mélange est allumé à l’aide d’une bougie située dans le cône du brûleur. Ce cône, quant à lui, est utilisé afin de contenir la flamme. Les réglages de richesse permettant d’avoir une flamme respectant les recommandations sont réalisés à l’aide de régulateurs de pression pour le carburant et l’air. Un col sonique est utilisé afin de garantir un débit d’air stable.

Figure I-6. Schéma du brûleur NexGen.

Les conditions d’essais sont décrites en termes de température et de densité de flux thermique. La température de flamme, mesurée à 100 mm ± 3 mm du plan de sortie du cône du brûleur et à 25,4 mm de son centre (voir figure I-7) par sept thermocouples doit être de 1096 °C ± 80 °C. Tandis que la densité de flux thermique doit être de 116 kW.m-2. Cette dernière est mesurée à l’aide d’un calorimètre à eau consistant en un tube de cuivre d’un diamètre extérieur de 12 mm (positionné comme les thermocouples) dans lequel circule à un débit constant de l’eau (voir figure I-8).

Figure I-7. Schéma du positionnement des thermocouples pour la calibration en température.

À partir de la différence de température de l’eau entre l’entrée la sortie et connaissant la surface d’échange entre la flamme et le tube, il est alors possible de calculer la densité de flux thermique en kW.m-² de la manière suivante.

2 1

.

v

q c T T

q

d L

(I.1) Cône brûleur Bougie Injecteur Stator Turbulateur Silencieux Col sonique Régulateur de pression

avec d le diamètre du tube, L la longueur du tube exposée à la flamme, le débit volumique d’eau (en m3.s-1), la masse volumique de l’eau et la chaleur spécifique de l’eau (donnée en kJ.kg-1.K-1). Enfin, et correspondent respectivement aux températures en aval et en amont du tube exposé à la flamme.

Le premier niveau de certification, associé à ce type de pièces, est celui dit « fire

resistant ». Il requiert que le matériau résiste au feu, suivant les critères définis, pendant

5 minutes. Cela correspond à la capacité du matériau à tenir sa fonction dans des conditions de chaleur importante. Le deuxième niveau de certification est celui dit « fireproof ». Il correspond à un temps d’exposition à la flamme de 15 minutes suivant les mêmes critères. Cela traduit la capacité du matériau à résister à la chaleur dégagée par un feu sévère d’une durée plus importante. Ces deux niveaux de certification visent à assurer à l’équipage ainsi qu’aux pilotes un temps suffisant pour réaliser les manœuvres d’urgence nécessaires, suivant les conditions de feu ainsi que la zone touchée.

Figure I-8. Schéma vue de dessus (gauche) et vue de face (droite) du positionnement du tube de cuivre pour

la calibration du flux thermique.

Ce type de test visant à reproduire l’environnement d’un feu de moteur est particulièrement sévère en particulier pour les matériaux composites du fait de leur niveau d’inflammabilité important ainsi que l’émission de volatils lors de leur dégradation thermique.

I.2. Les matériaux composites dans le domaine aéronautique, leur