Metrology for Thermal Protection Materials

PROJET EUROPEEN
Thermal Protection Materials
Metrology for Thermal Protection Materials (SIB52 THERMO)
LABORATOIRE
LCM
ANNEE DE LANCEMENT DU PROJET
2013
DOMAINE
SI
INTERESSANT POUR
Sécurité, transports, bâtiment, Propriétés
thermiques des matériaux
Plaque chaude gardée
OBJECTIFS
•
•
•
Développer les moyens métrologiques pour mesurer la conductivité thermique des matériaux peu
conducteurs (0.02 W·m-1·K-1 à 1 W·m-1·K-1) dans le domaine de température de 80 °C à 800 °C
Définition de matériaux étalonnés en conductivité thermique pour assurer le raccordement
métrologique des installations de mesure industrielles
L’objectif en terme d’incertitude relative est 5 % sur la conductivité thermique
RÉSUMÉ ET PREMIERS RÉSULTATS
Depuis août 2012 les fabricants de produits de construction doivent déclarer les valeurs des performances
des produits de protection thermique qu’ils commercialisent en Europe. La conductivité thermique et la
résistance thermique sont les performances clés qui doivent être déclarées. Toutefois, le niveau d’accord
actuel entre les laboratoires nationaux de référence est encore trois fois supérieur au maximum de 5 %
autorisé dans les règlements du Parlement européen. La mise en œuvre de ces règlements européens
nécessite des développements scientifiques pour améliorer les mesures de conductivité thermique.
Pour les mesures de conductivité thermique, le LNE dispose de deux plaques chaudes gardées (PCG)
pouvant fonctionner jusqu’à 800 °C : une PCG commerciale Netzsch de grande dimension (500 x 500 mm)
et une PCG de dimension 300 x 300 mm construite par le LNE. La PCG Netzsch est à priori
particulièrement adaptée pour les matériaux les moins conducteurs en raison de ses grandes dimensions et
la petite plaque chaude est plus adaptée pour les matériaux rigides et les matériaux peu épais en raison de
sa souplesse d’utilisation. Pour ce projet, le LNE travaille à adapter la petite PCG pour être opérationnelle
jusqu’à 800 °C dans les meilleures conditions métrologiques (agrandissement de la zone de mesure, mise
en place d’une garde thermique périphérique). La PCG Netzsch doit être caractérisée métrologiquement
pour permettre une évaluation correcte des incertitudes. La caractérisation métrologique comportera
l’étalonnage in-situ des capteurs de température, la mesure des défauts d’isothermie des plaques et les
quantifications expérimentales des fuites/gains parasites de flux de chaleur.
Les émissivités normales spectrales de 3 peintures « hautes températures » ainsi que celle du Nickel 201
ont été mesurées jusqu’à 800 °C. Seules les peintures AREMCO Hi-coat 840-M et Pyromark 2500
respectent la spécification d’une émissivité totale hémisphérique supérieure à 0.8 requise par les normes
relatives aux mesures de conductivité thermique par plaques chaudes gardées.
Le LNE a réalisé des mesures de transparence de matériaux identifiés comme matériaux candidats pour
être utilisés comme matériaux de comparaisons lors du projet et éventuellement comme matériaux
« certifiables » à l’issue du projet. Les 6 matériaux testés présentent des transparences non nulles pour de
faibles épaisseurs (entre 1 et 5 mm), par contre les matériaux testés sont opaques pour une épaisseur
supérieure à 5 mm.
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Une revue bibliographique sur l’applicabilité de la technique « laser-flash monodimensionnelle » pour les
mesures indirectes de conductivité thermique sur des matériaux composites anisotrope a été menée. Elle a
montré que la technique ne peut être appliquée que si le matériau peut être considéré comme homogène
dans la direction de mesure. En pratique, c’est le cas pour les matériaux à structure « périodique » dans la
direction de mesure à condition que cette structure se répète suffisamment de fois dans l’épaisseur de
l’éprouvette.
IMPACTS SCIENTIFIQUES ET INDUSTRIELS
- Pouvoir mettre à disposition des demandeurs (industriels producteurs ou utilisateurs de matériaux) des
moyens de mesure de conductivité thermique maîtrisés jusqu’à 800°C.
- Rédaction de normes réalistes basées sur des études expérimentales pour les mesures de conductivité de
référence jusqu’à 800 °C.
- Fiabiliser les résultats issus des modélisations de transferts thermiques en consolidant les données
d’entrée.
PUBLICATIONS / COMMUNICATIONS
Site du projet : http://projects.npl.co.uk/thermo/
WU J., MORRELL R., FRY T., GNANIAH S., GOHIL D., DAWSON A., HAMEURY J., ALAIN K., HAMMERSCHMIDT U.,
TURZÓ-ANDRÁS E., STRNAD R. et BLAHUT A., “Provisional Assessment of Candidate High Temperature
Thermal Conductivity Reference Materials in the EMRP 'Thermo' Project'”, Proceedings of 32nd ITCC and
20th ITES, Purdue University, West Lafayette, États-Unis d'Amérique, 27 avril – 1er mai 2014.
HAMEURY J., KOENEN A., HAY B., W U J., STACEY C., HAMMERSCHMIDT U., PENNEWITZ E., RAFELD E. K.,
TURZÓ-ANDRÁS E., STRNAD R. et BLAHUT A., “Identification and characterization of new materials for
construction of hot and cold plates for high temperature guarded hot plates”, 20th European Conference on
Thermophysical Properties (ECTP), Porto, Portugal, 31 août - 4 septembre 2014.
HAMMERSCHMIDT U., HAMEURY J., STRNAD R., TURZÓ-ANDRAS E. et W U J., “Critical Review of Industrial
Techniques for Thermal Conductivity Measurements of Thermal Protection Materials”, International Journal
of Thermophysics (à paraître).
PARTENAIRES
PROJETS ASSOCIES
NPL, CMI, LNE, MKEH, PTB
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Juin 2015
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