R´ esultats sur la combustion PMMA
VI.2.3 Champs 2D et profils de la fraction volumique
Pour obtenir la fraction volumique de suie, les champs LII sont calibr´es en utilisant la m´ethode d´ecrite dans le chapitre 4.4. Dans celui-ci, le coefficient de calibration a ´et´e obtenu sur la flamme du brˆuleur gaz. Il avait ´et´e calcul´e en utilisant une valeur de la litt´erature pour le coefficient d’extinction adimensionn´e, Ke= 6,4 `a 1310 nm, mesur´ee sur une flamme jet d’´ethyl`ene [88]. Or, comme vu dans le chapitre 5.3, l’´etude des propri´et´es optiques a permis de d´eterminer une valeur de Ke pour le brˆuleur gaz. Celle-ci est ´egale `a 11,5 pour λ > 900 nm. Le coefficient de calibration est donc recalcul´e en utilisant la valeur mesur´ee dans cette ´etude. Les valeurs obtenues sont pr´esent´ees sur la figure VI.8. La valeur moyenne de ce coefficient, utilis´ee par la suite, est de 36,6 avec toujours un ´ecart type de 30 %.
Figure VI.8 – Coefficients d’´etalonnage obtenu sur le brˆuleur gaz et valeur moyenne en utilisant Ke = 11,5
Les champs 2D du signal LII (figure VI.6) sont donc divis´es par le coefficient de calibration pour obtenir des champs 2D de fraction volumique pour le PMMA. Ces champs sont pr´esent´es sur la figure VI.9. Cette figure est identique `a celle faite pour les champs du signal LII mais avec un changement d’´echelle. Comme pour le signal LII, le maximum de l’´echelle de couleurs de la fraction volumique (fix´e `a 162 ppb) ne correspond pas au maximum de fraction volumique obtenu. Ce choix a de nouveau ´et´e fait pour mieux visualiser la structure de la flamme. Les valeurs maximums de la fraction volumique seront montr´ees par la suite sur des profils. Les remarques faites pr´ec´edemment sur les champs
150 Chapitre VI. R´esultats sur la combustion PMMA LII sont donc valables ici. Les champs LII faits pour les 3 s´eries sur le brˆuleur gaz sont ´egalement transform´es. Ces champs sont pr´esent´es sur la figureVI.10.
Figure VI.9 – Champs 2D de la fraction volumique de suie en fonction du temps pour la flamme de PMMA
Figure VI.10 – Champs 2D de la fraction volumique de suie pour 3 s´eries en haut dans la flamme du brˆuleur gaz
Pour mieux pr´eciser les valeurs de fraction volumique obtenues, des profils suivant y et `a une hauteur fix´ee sont trac´es. Cela permettra aussi de mieux voir, pour diff´erentes
Chapitre VI. R´esultats sur la combustion PMMA 151 hauteurs, l’´evolution en fonction du temps ainsi que la r´ep´etabilit´e entre les s´eries. Pour le PMMA, trois groupes de figures sont pr´esent´es contenant chacun les profils pour trois temps, t = 190, 1230 et 2270 s, et `a une hauteur donn´ee. Le 1er groupe (figure VI.11) pr´esente les profils pour z = 36 cm. Le 2nd groupe (figureVI.12) pr´esente les profils pour z = 27 cm. Cette hauteur correspond `a une zone commune entre les champs observ´es en haut de la flamme (s´eries 1, 2 et 3) et au milieu (s´eries 4 et 5). Enfin le 3`eme groupe (figure
VI.13) pr´esente les profils pour z = 16 cm. Cette hauteur correspond cette fois-ci `a une zone commune entre les champs au milieu de la flamme (s´eries 4 et 5) et en bas (s´erie 6). La totalit´e des profils, c’est-`a-dire pour tous les temps de mesure et pour toutes les hauteurs tous les 2 cm de 10 `a 38 cm, est pr´esent´e dans l’annexe B. Tout d’abord les groupes de profils pr´esent´es ci-dessous montrent une r´ep´etabilit´e qui est satisfaisante, hormis quelques profils isol´es, compte tenu du fait que chaque s´erie correspond `a l’allumage d’une plaque diff´erente. On retrouve ´egalement, comme vu pour l’assemblage des champs (figureVI.6), une bonne superposition des profils au niveau des zones de jonction. Ensuite, on s’aper¸coit que les profils se d´eplacent vers y = 0 cm au cours du temps, ce qui permettra de quantifier le d´eplacement de la flamme suivant y. Ils mettent surtout mieux en valeur, par rapport aux champs 2D, la localisation du front de flamme proche de la plaque. Cette localisation sera utilis´ee par la suite pour d´eterminer la vitesse de d´eplacement de la flamme. On peut aussi mieux voir l’´epaisseur de la couche limite r´eactive, en la d´efinissant par exemple par la largeur du profil `a mi-hauteur. Enfin, les fractions volumiques de suie obtenues donnent un maximum compris entre 200 et 350 ppb pour la flamme de PMMA. Malgr´e une incertitude de 30 % sur le coefficient d’´etalonnage, ces bornes pour la valeur maximum de la fraction volumique donnent un bon ordre de grandeur sur la quantit´e de suie produite par la combustion du PMMA.
Comme pour le PMMA, des profils de la fraction volumique en fonction de la hauteur sont trac´es pour le brˆuleur gaz (figure VI.14). On remarque tout d’abord une meilleure r´ep´etabilit´e entre les s´eries, li´ee au fait que la flamme soit stationnaire dans le temps. Ainsi, on peut affirmer que la dispersion observ´ee pr´ec´edemment pour les profils avec le PMMA ´etait principalement due `a la r´ep´etabilit´e de l’allumage et l’instationnarit´e de la
152 Chapitre VI. R´esultats sur la combustion PMMA
Figure VI.11 – Profils de la fraction volumique `a z = 36 cm pour 3 temps et 3 s´eries
Figure VI.12 – Profils de la fraction volumique `a z = 27 cm pour 3 temps et 5 s´eries
Figure VI.13 – Profils de la fraction volumique `a z = 16 cm pour 3 temps et 3 s´eries
flamme. On remarque aussi que la fraction volumique n’est pas nulle pour y = 0 cm. Cela est dˆu `a une r´eflexion du signal sur la surface m´etallique du brˆuleur. Les valeurs d’une zone d’environ 2 mm suivant y `a partir de la surface ne sont donc pas `a prendre en consid´eration. On observe, pour la hauteur de 36 cm, des profils similaires `a ceux obtenus pour le PMMA dans la phase stationnaire, c’est-`a-dire avec des maximums ´equivalents (entre 200 et 250 ppb) et situ´es `a peu pr`es `a la mˆeme distance y (figure VI.11 pour t = 2270 s). Cela confirme que le brˆuleur gaz, avec les d´ebits de gaz utilis´es, repr´esente assez bien une flamme de type feu de paroi pour le PMMA quand la propagation de la flamme est termin´ee. On remarque que les profils `a diff´erentes hauteurs, obtenus dans la partie haute de la flamme du brˆuleur, varient peu. La flamme n’´evolue plus beaucoup avec la hauteur. L’ordre de grandeur du maximum des profils, pour le PMMA ou le brˆuleur gaz, peut ˆetre compar´e `a des r´esultats obtenus dans d’autres ´etudes. Pour des flammes
Chapitre VI. R´esultats sur la combustion PMMA 153 turbulentes axisym´etriques, comme par exemple pour une flamme jet de propane [68] ou encore pour une flamme de m´ethane [69], on observe les mˆemes ordres de grandeurs, donc le PMMA est un mat´eriau qui produit assez peu de suies. Par contre, les pr´esentes mesures sont inf´erieures `a celles obtenues pour une flamme jet d’´ethyl`ene [70].
Figure VI.14 – Profils de la fraction volumique en fonction de la hauteur pour 3 s´eries pour la flamme du brˆuleur gaz