ISO 13927:2023

NORME ISO
INTERNATIONALE 13927
Troisième édition
2023-08
Plastiques — Essai simple pour la
détermination du débit calorifique au
moyen d'un radiateur conique et d'une
sonde à thermopile
Plastics — Simple heat release test using a conical radiant heater and
a thermopile detector
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction . vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Principe. 2
6 Appareillage . 3
6.1 Généralités . 3
6.2 Radiateur électrique conique . 5
6.3 Dispositif de contrôle du flux de chaleur . 5
6.4 Cheminée et thermopiles. 6
6.5 Porte-éprouvette . 6
6.6 Cadre de maintien . 6
6.7 Système d’aspiration des fumées . 8
6.8 Circuit d’allumage . 9
6.9 Chronomètre . 9
6.10 Fluxmètre thermique . 9
6.11 Brûleur d’étalonnage . 9
6.12 Système de collecte des données . 9
7 Aptitude du produit à l’essai .11
7.1 Caractéristiques de la surface . 11
7.2 Produits asymétriques . 11
7.3 Matériaux minces . 11
7.4 Éprouvettes composites . 11
7.5 Matériaux de dimensions instables . 11
7.6 Matériaux nécessitant des essais sous compression .12
8 Fabrication et préparation des éprouvettes .13
8.1 Éprouvettes . 13
8.2 Conditionnement des éprouvettes . 13
8.3 Préparation . 14
8.3.1 Enveloppement de l’éprouvette . 14
8.3.2 Préparation des éprouvettes . 14
8.3.3 Préparation des éprouvettes de matériaux nécessitant des essais sous
compression . . . 14
9 Étalonnage .15
9.1 Étalonnage du radiateur .15
9.2 Étalonnage de la thermopile . 15
9.2.1 Généralités .15
9.2.2 Étalonnage initial . 15
9.2.3 Étalonnage quotidien . 16
10 Mode opératoire d’essai .16
10.1 Précautions générales . 16
10.2 Préparation initiale . 16
10.3 Mode opératoire . 17
11 Fidélité .18
12 Rapport d’essai .18
Annexe A (normative) Étalonnage du fluxmètre thermique .20
iii
Annexe B (informative) Indications destinées aux opérateurs .21
Annexe C (informative) Recommandations relatives au mesurage de la perte de masse en
cours d’essai .22
Annexe D (informative) Exemple d’étalonnage de la thermopile — Relation entre le débit
calorifique et la valeur de sortie de la thermopile .23
Annexe E (informative) Calcul du flux de chaleur critique utile pour l’allumage .25
Bibliographie .26
iv
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner
l’utilisation d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité
et à l’applicabilité de tout droit de brevet revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent
document, l’ISO n'avait pas reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa
mise en application. Toutefois, il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent
document que des informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de
brevets, disponible à l'adresse www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié tout ou partie de tels droits de propriété.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 4,
Comportement au feu, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 249, Plastiques, du Comité
européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le
CEN (Accord de Vienne).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 13927:2015), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— les références normatives ont été mises à jour suivant les dernières éditions (voir l’Article 2);
— l’utilisation du débit massique de gaz méthane correspondant à la chaleur de combustion nette pour
l’étalonnage de la thermopile a été ajoutée à l’Article 9;
— une nouvelle Annexe D donnant un exemple d’étalonnage de la thermopile a été ajoutée et l'annexe
suivante a été renommée Annexe E.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
Introduction
Le feu est un phénomène complexe: son comportement et ses effets dépendent de plusieurs facteurs
étroitement liés. Le comportement des matériaux et des produits est fonction des caractéristiques du
feu, du mode d’utilisation des matériaux et du milieu dans lequel ceux-ci sont exposés (voir également
l’ISO 13943).
Un essai tel que celui spécifié dans le présent document traite de manière simplifiée un aspect
particulier d’une situation potentielle d’incendie caractérisée par une source de chaleur rayonnante;
pris isolément, il ne peut servir de guide quant au comportement ou à la sécurité en cas d’incendie (voir
l’ISO/TS 3814). Cependant, un essai de ce type peut être utilisé à des fins comparatives ou pour garantir
l’existence d’une certaine qualité de performance (en l’occurrence, le débit calorifique d’un matériau
composite ou d’un assemblage) considérée comme ayant un impact sur le déroulement de l’incendie,
en général. Il serait abusif d’accorder toute autre signification au terme «performance» dans le présent
essai. L’attention de tous les utilisateurs du présent essai est attirée sur les avertissements qui figurent
en préambule à l’Article 10.
vi
NORME INTERNATIONALE ISO 13927:2023(F)
Plastiques — Essai simple pour la détermination du débit
calorifique au moyen d'un radiateur conique et d'une
sonde à thermopile
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode adaptée au contrôle de la production ou au développement
de produit permettant l’évaluation du débit calorifique de produits essentiellement plats exposés
suivant une orientation horizontale à des niveaux contrôlés de chaleur rayonnante, avec un dispositif
d’allumage externe. Le débit calorifique est déterminé au moyen d’une thermopile plutôt qu’à l’aide de
techniques plus précises de consommation d’oxygène. Le temps d’allumage et la flamme persistante
sont aussi mesurés pendant cet essai. La perte de masse de l’éprouvette peut aussi être mesurée de
manière facultative.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 291, Plastiques — Atmosphères normales de conditionnement et d'essai
ISO 5660-1, Essais de réaction au feu — Débit calorifique, taux de dégagement de fumée et taux de perte
de masse — Partie 1: Débit calorifique (méthode au calorimètre à cône) et taux de dégagement de fumée
(mesurage dynamique)
ISO 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
ISO 14697, Essais de réaction au feu — Lignes directrices sur le choix de subjectiles pour les produits du
bâtiment et du transport
ISO 14934-3, Essais au feu — Étalonnage et utilisation des appareils de mesure du flux thermique — Partie
3: Méthode d'étalonnage secondaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 13943 ainsi que les suivants
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
surface plane
surface dont les irrégularités par rapport à un plan ne dépassent pas ± 1 mm
3.2
allumage
début de flamme persistante (3.7)
3.3
matériau
substance unique ou mélange uniformément dispersé, par exemple, un métal, un minéral, du bois, du
béton, une fibre minérale, des polymères
3.4
orientation
plan dans lequel la face exposée de l’éprouvette (3.6) est située pendant l’essai soit vertical, soit la face
horizontale tournée vers le haut
3.5
produit
matériau (3.3), composite ou assemblage, au sujet duquel des informations sont requises
3.6
éprouvette
partie représentative du produit (3.5) qui doit être soumise à l’essai conjointement avec un éventuel
substrat ou traitement de surface
Note 1 à l'article: L’éprouvette peut inclure un vide d’air.
3.7
flamme persistante
présence d’une flamme sur ou au-dessus de la surface de l’éprouvette (3.6) pendant une période de plus
de 10 s
3.8
flamme fugace
présence d’une flamme sur ou au-dessus de la surface de l’éprouvette (3.6) pendant une période
comprise entre 1 s et 10 s
4 Symboles
t temps d’allumage (début de flamme persistante), exprimé en secondes (s)
ig
′′
q
débit calorifique par unité de surface 180 s après l’allumage, exprimé en kilowatts (kW/m )
′′
q
débit calorifique par unité de surface 300 s après l’allumage, exprimé en kilowatts (kW/m )
q′′
débit calorifique par unité de surface maximal, exprimé en kilowatts (kW/m )
max
5 Principe
Le débit calorifique du produit est évalué par la mesure du signal de sortie d’une thermopile logée dans
une cheminée située au-dessus d’une éprouvette en combustion soumise à un flux de chaleur connu
produit par un radiateur conique. La valeur de sortie (en mV) est convertie en débit calorifique par unité
de surface (en kW/m ), en utilisant un graphique de référence réalisé antérieurement par combustion
dans le même appareil de gaz méthane ayant une chaleur de combustion connue. Des lignes directrices
sont fournies dans l’Annexe B. Le taux de perte de masse de l’éprouvette durant l’essai peut aussi être
mesuré en enregistrant en continu le signal de sortie de la cellule de charge de l’éprouvette. Des lignes
directrices sont fournies dans l’Annexe C.
6 Appareillage
6.1 Généralités
L’appareillage d’essai doit être essentiellement composé des éléments suivants: un radiateur conique,
une cheminée abritant une thermopile, une cellule de charge, un porte-éprouvette et un système
d’aspiration des fumées. Une représentation schématique du montage est donnée à la Figure 1. Les
éléments constitutifs sont décrits dans cet article.
Les dimensions non tolérancées sont des valeurs recommandées. Autant que possible, les dimensions
cumulées de l'appareil doivent être proches de ces dimensions.
Dimensions en millimètres
Légende
1 thermopile
2 cheminée
3 radiateur conique
4 dispositif d’allumage par étincelle
5 éprouvette
6 cellule de charge (facultative)
Figure 1 — Schéma de l’appareillage
6.2 Radiateur électrique conique
L’élément actif du radiateur doit être constitué d’une résistance électrique pouvant fournir une
puissance de 5 000 W à la tension de service, à enroulements serrés en forme de tronc de cône (voir la
Figure 2). Le radiateur doit être pourvu d’une enveloppe externe et d’une enveloppe interne en forme de
tronc de cône en acier inoxydable entre lesquelles on insère une couche de matériaux réfractaires d’une
épaisseur nominale de 13 mm et d’une masse volumique nominale de 100 kg/m . Le flux de chaleur
fourni par le radiateur doit être maintenu à un niveau préétabli en contrôlant la température moyenne
de trois thermocouples (les thermocouples de type K gainés d’acier inoxydable se sont révélés adaptés),
disposés symétriquement et en contact avec l’élément chauffant sans lui être soudés (voir la Figure 2).
Il est possible d’utiliser des thermocouples gainés (non mis à la terre), de diamètre extérieur compris
entre 1,0 mm et 1,6 mm, avec soudure chaude masquée. Le radiateur doit pouvoir fournir des flux de
chaleur sur la surface de l’éprouvette allant jusqu’à 75 kW/m . Le flux de chaleur reçu sur une surface
centrale de 50 mm × 50 mm de l’éprouvette exposée doit être uniforme, à ± 2 % pour une irradiance de
50 kW/m .
Le radiateur conique doit être pourvu d’un écran amovible destiné à protéger l’éprouvette de la chaleur
juste avant le début de l’essai.
6.3 Dispositif de contrôle du flux de chaleur
Le système de contrôle du flux de chaleur doit maintenir constante la température moyenne de l’élément
chauffant à ± 2 °C.
Dimensions en millimètres
Légende
1 enveloppe intérieure
2 garniture de matériaux réfractaires
3 thermocouple
4 enveloppe externe
5 entretoise
6 élément chauffant
Figure 2 — Radiateur vu en coupe
6.4 Cheminée et thermopiles
Une cheminée de section circulaire, de 600 mm ± 2 mm de longueur et de 115 mm ± 2 mm de diamètre
intérieur, fabriquée en acier inoxydable de 1 mm d’épaisseur, est utilisée pour loger les thermopiles.
Elle doit être fixée sur le dessus de la plaque supérieure du radiateur conique. L’axe de la cheminée doit
coïncider avec celui du radiateur.
Chaque thermopile doit se composer de quatre thermocouples gainés de type K de 1,6 mm ± 0,2 mm
de diamètre extérieur. Les extrémités des thermocouples doivent être fixées à 17 mm de l’axe de la
cheminée. Les quatre thermocouples doivent être raccordés en série et les deux extrémités doivent être
raccordées au système de collecte des données.
Une thermopile doit être logée à l’intérieur de la cheminée à une hauteur de 550 mm au-dessus de la
plaque supérieure du radiateur, et les points d’introduction dans la cheminée doivent être régulièrement
répartis sur la circonférence de celle-ci.
Une autre thermopile doit être logée à une hauteur de 275 mm au-dessus de la plaque supérieure du
radiateur, et les points d’introduction dans la cheminée sont régulièrement répartis sur la circonférence
de celle-ci.
La Figure 1 donne la disposition de la cheminée et des thermopiles.
Les deux thermopiles doivent être étalonnées individuellement conformément à l’Article 9.
6.5 Porte-éprouvette
Le porte-éprouvette est représenté à la Figure 3.
Le porte-éprouvette doit avoir la forme d’un récipient carré de 25 mm de profondeur, et sa partie
supérieure doit comporter une ouverture de (106 ± 1) mm × (106 ± 1) mm. Le porte-éprouvette doit être
fabriqué en acier inoxydable de (2,4 ± 0,15) mm d’épaisseur. Il doit avoir une poignée pour faciliter son
introduction et son retrait, et être doté d’un mécanisme permettant de placer l’éprouvette en position
centrale sous le radiateur, et de l’aligner avec le dispositif de pesée. La distance comprise entre la
surface inférieure du radiateur conique et le haut de l’éprouvette doit être réglée à 25 mm, sauf lorsque
des matériaux de dimensions instables sont soumis à l’essai, auquel cas cette distance doit être portée à
60 mm ± 1 mm. Tous les essais doivent être conduits avec le cadre de maintien représenté à la Figure 4.
Des précisions concernant la préparation de l’éprouvette et du porte-éprouvette sont données en 8.3.
6.6 Cadre de maintien
Le cadre doit être en acier inoxydable d’une épaisseur de (1,9 ± 0,1) mm et doit se présenter sous la
forme d’une boîte avec une dimension intérieure de chaque côté de (111 ± 1) mm et une hauteur de
(54 ± 1) mm. L’ouverture pour la face de l’éprouvette doit être de (94,0 ± 0,5) mm , comme illustré à
la Figure 4. Le cadre de maintien doit être doté d’un moyen approprié permettant de le fixer au porte-
éprouvette avec une éprouvette en place.
Dimensions en millimètres
Figure 3 — Porte-éprouvette
Dimensions en millimètres
Légende
1 trous taraudés en quatre emplacements (M3 ou 10 × 32 recommandé)
Figure 4 — Cadre de maintien
6.7 Système d’aspiration des fumées
L’appareillage doit être utilisé sous une hotte ou dans une chapelle dotée d’une ventilation adéquate
pour évacuer en toute sécurité les produits de combustion hors du laboratoire.
6.8 Circuit d’allumage
L’allumage de l’éprouvette doit se faire par une bougie alimentée par un transformateur de 10 kV ou
par un générateur d’étincelles de 10 kV pouvant produire des étincelles en continu. Les électrodes de
la bougie doivent avoir un écartement de 3 mm ± 0,5 mm. En cas d’utilisation d’un transformateur,
celui-ci doit être d’un type spécifiquement conçu pour une utilisation avec allumage par bougie. Le
transformateur doit être doté d’un enroulement secondaire isolé (non relié à la terre) afin de réduire
au minimum les interférences avec les lignes de transmission de données. La longueur de l’électrode
et l’emplacement de la bougie d’allumage doivent être tels que l’écartement des électrodes se trouve
13 mm ± 2 mm au-dessus du centre de l’éprouvette lorsque celle-ci est orientée à l’horizontale.
6.9 Chronomètre
Le chronomètre doit pouvoir enregistrer la durée écoulée à la seconde la plus proche et avoir une
exactitude de 1 s sur 1 h.
6.10 Fluxmètre thermique
Le fluxmètre thermique doit être de type Schmidt-Boelter (à thermopile) ayant une plage de mesure
allant jusqu’à environ 100 kW/m . La cible qui reçoit le rayonnement et éventuellement, dans une
moindre mesure, la chaleur par convection, doit être plane, circulaire, de 12,5 mm de diamètre environ,
et être revêtue d’une finition noire mate et durable ayant une émissivité de surface ε = 0,95 ± 0,05. La
cible doit être refroidie à l’eau, mais il faut veiller à ce qu’il ne se produise pas de condensation d’eau sur
la surface cible du fluxmètre thermique.
Le rayonnement ne doit pas traverser de fenêtre avant d’atteindre la cible. L’instrument doit être solide,
simple à installer et à utiliser, et stable à l’étalonnage. Il doit avoir aussi une exactitude de ± 3 % et une
répétabilité de 0,5 % maximum.
L’étalonnage du fluxmètre thermique doit être vérifié chaque fois que l’on effectue un réétalonnage de
l’appareil, comme décrit dans l’Annexe A ou l’ISO 14934-3.
6.11 Brûleur d’étalonnage
+0
Le brûleur d’étalonnage doit être constitué d’un récipient carré avec une ouverture de 100 mm ×
()
−2
+0
100 mm dans sa partie supérieure et être fabriqué en acier inoxydable d’une épaisseur de
()
−2
2,4 mm ± 0,1 mm. Le brûleur doit être doté d’une poignée pour faciliter son introduction et son retrait,
et d’un mécanisme permettant de le centrer sous le radiateur et de l’aligner sur le dispositif de pesée. Le
brûleur doit être conçu de façon à ce qu’un apport dosé de méthane pur à au moins 99,5 % puisse être
introduit par un tube traversant la paroi latérale, comme représenté sur la Figure 5. Le débitmètre
utilisé pour contrôler l’écoulement de méthane doit être l’un des dispositifs suivants: un rotamètre, un
dispositif de mesurage à l’état sec, un dispositif de mesurage à l’état humide ou un débitmètre massique
électronique.
La distance comprise entre la surface inférieure du radiateur conique et le haut du brûleur d’étalonnage
doit être ajustée à 25 mm.
6.12 Système de collecte des données
Ce système doit enregistrer les valeurs de sortie de la thermopile et de la cellule de charge (facultative).
Il doit avoir une exactitude de 0,01 % sur toute l’échelle des valeurs de sortie de la cellule de charge (si
une telle cellule est utilisée) et doit permettre un enregistrement des données toutes les 5 s ou moins
pendant au minimum 1 h et une mesure de la température sensible à 0,5 °C.
Dimensions en millimètres
Légende
1 récipient carré en acier inoxydable
2 sable, grains de taille d’environ 1 mm à 2 mm de diamètre
3 tube, diamètre intérieur 8 mm
4 couche de fibres céramiques, 100 mm × 100 mm × 12 mm, masse volumique d’environ 100 kg/m
5 couche de fibres céramiques, 50 mm × 50 mm × 22 mm, masse volumique d’environ 100 kg/m
6 poignée
Figure 5 — Modèle type de brûleur d’étalonnage
7 Aptitude du produit à l’essai
7.1 Caractéristiques de la surface
Tout produit possédant l’une des propriétés suivantes est apte à l’essai:
a) une surface exposée globalement plane;
b) une surface irrégulière dont les défauts sont régulièrement répartis sur la surface exposée à
condition que:
1) au moins 50 % de la surface d’une zone représentative de 100 mm se situent à une profondeur
maximale de 10 mm par rapport à un plan passant par les points les plus hauts de la surface
exposée; ou
2) pour les surfaces comportant des craquelures, des fissures ou des trous ne dépassant pas 8 mm
de largeur et 10 mm de profondeur, la surface totale de ces défauts à la surface n’excède pas
30 % d’une zone de 100 mm , représentative de la surface exposée.
Lorsqu’une surface exposée ne satisfait pas aux exigences de a) ou b), le produit doit être soumis à
essai sous une forme modifiée aussi conforme que possible aux exigences indiquées ci-dessus. Il faut
préciser dans le rapport d’essai que le produit a été soumis à l’essai sous une forme modifiée, et décrire
clairement la modification apportée.
7.2 Produits asymétriques
Un produit soumis au présent essai peut avoir des faces différente
...