Résumé de la thèse :
Depuis l’invention de la fibre optique par Corning en 1970, le marché des câbles optiques connaît une expansion continue, portée par la demande croissante en haut débit dans les secteurs des télécommunications, de l’informatique, de la défense et de la santé. La gaine externe, généralement en éthylène-acétate de vinyle (EVA), assure la protection mécanique et environnementale, mais sa
forte inflammabilité pose un problème majeur de sécurité incendie. Depuis 2008, la réglementation européenne impose l’évaluation de la réaction au feu selon les Euroclasses (EN 13501). La meilleure
performance obtenue pour les câbles optiques est la classe B2ca. L’enjeu pour les fabricants est de développer des formulations ignifuges efficaces, respectueuses de l’environnement et compatibles
avec les nouvelles contraintes de miniaturisation, de flexibilité et de légèreté des câbles modernes. Historiquement, le PVC était utilisé pour les gaines, mais il a été remplacé par des polyoléfines halogène-free, plus sûres sur le plan sanitaire, mais aussi plus inflammables. Le système le plus répandu repose sur l’alumine trihydratée (ATH), appliquée à forte teneur (≈ 60 % en masse), dont l’efficacité provient de sa décomposition endothermique et de la libération de vapeur d’eau.
Cependant, la couche d’alumine résiduelle est peu cohésive et offre une protection limitée. Pour surmonter cette faiblesse, la thèse propose une approche innovante : l’intégration de verres phosphatés à bas point de fusion (LMG) développés par Corning, en synergie avec l’ATH. Ces verres, de transitions vitreuses comprises entre 100 et 280 °C, visent à générer une intumescence minérale, thermo-protectrice cohésive et expansée lors de la combustion. Trois formulations principales (LMG1, LMG2, LMG3) ont été étudiées selon leur composition chimique et leur structure interne. Les premiers travaux ont montré que le comportement au feu dépend fortement de la nature du verre : les interactions chimiques entre LMG et ATH entraînent la formation de nouvelles phases cristallines et améliorent la cohésion du résidu. Parmi les verres testés, LMG3 (phosphate de potassium, Tg = 168 °C) s’est révélé le plus performant, favorisant la formation d’une couche épaisse et homogène limitant efficacement la propagation de la chaleur. Une seconde étape a consisté à étudier la cinétique de formation de la barrière protectrice, par des essais interrompus au cône calorimètre et des analyses microscopiques et chimiques. Ces travaux ont mis en évidence la synchronisation cruciale entre la décomposition de l’ATH et le ramollissement du LMG, condition essentielle à la formation d’une barrière efficace. Enfin, une nouvelle méthodologie d’évaluation a été développée pour quantifier l’efficacité de la barrière. Basée sur des systèmes bicouches simulant la structure réelle du câble, elle permet de modéliser la courbe de libération de chaleur (HRR) et d’introduire deux facteur de ralentissement (Sf et delta t) traduisant l’effet protecteur de la couche externe. Les mesures de température par thermocouples ont confirmé la réduction du flux thermique transmis et l’efficacité du LMG3 à retarder l’inflammation du PE sous-jacent. Cette approche a été complétée par l’introduction d’additifs synergiques (graphite expansé, argile, vermiculite, MDH) pour renforcer encore la cohésion du résidu. La vermiculite s’est montrée particulièrement prometteuse, amplifiant l’expansion jusqu’à 300 % et améliorant le facteur de ralentissement thermique. En conclusion, ce travail a permis de concevoir une nouvelle génération de systèmes ignifuges halogène-free pour gaines de câbles optiques, combinant verres à bas point de fusion et minéraux hydratés. Ces formulations offrent un compromis optimal entre performance au feu, durabilité et impact environnemental réduit. Les verres LMG, en particulier le LMG3, se distinguent comme des agents synergiques efficaces capables d’améliorer la cohésion et l’expansion du résidu.