ISO 20049-1:2020

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20049-1
First edition
2020-05
Solid biofuels — Determination of
self-heating of pelletized biofuels —
Part 1:
Isothermal calorimetry
Biocombustibles solides — Détermination de l'auto-échauffement des
granulés de biocombustibles —
Partie 1: Détermination calorimétrique isotherme
Reference number
©
ISO 2020
© ISO 2020
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 2
5 Apparatus . 3
6 Sample handling . 4
6.1 General . 4
6.2 Sampling . 4
6.3 Sample transport and storage . 4
6.4 Sample preparation . 4
7 Test procedure . 5
7.1 Temperature stabilisation . 5
7.2 Sample vial preparation . 5
7.2.1 Preparation procedure . 5
7.2.2 Procedure to find proper test portion mass in case of influence from
oxygen deficiency . 5
7.3 Reference vial preparation . 5
7.4 Measurement . 6
7.4.1 First baseline measurement . 6
7.4.2 Sample measurement . 6
7.4.3 Second baseline measurement . 6
7.4.4 Measurement data file . 6
8 Results . 7
8.1 Test data . 7
8.2 Reported data . 7
9 Test report . 7
10 Repeatability and reproducibility . 8
Annex A (normative) Calibration of the calorimeter. 9
Annex B (informative) Examples of screening data .11
Annex C (informative) Determination of reaction kinetics .13
Annex D (informative) Information on the Interlaboratory study (ILS) .21
Bibliography .27
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 238, Solid biofuels.
A list of all parts in the ISO 20049 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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Introduction
There is a continuous global growth in production, storage, handling, bulk transport and use of solid
biofuels especially in the form of pelletized biofuels.
The specific physical and chemical characteristics of solid biofuels, their handling and storage can lead
to a risk of fire and/or explosion, as well as health risks such as intoxication due to exposure to carbon-
monoxide, asphyxiation due to oxygen depletion or allergic reactions.
Heat can be generated in solid biofuel by exothermic biological, chemical and physical processes.
Biological processes include the metabolism of fungus and bacteria and occur at lower temperatures;
the oxidation of wood constituents increases with temperature and dominates at higher temperatures;
the heat production from biological and chemical processes leads to transport of moisture in the bulk
material, with associated sorption and condensation of water, which both are exothermic processes.
In, for example, a heap of stored forest fuel or a heap of moist wood chips, all of these processes can be
present and contribute to heat production.
[1]
Solid biofuels such as wood pellets, however, are intrinsically sterile due to the conditions during
manufacturing (exposure to severe heat during drying, fragmentation during hammermilling and
pressure during extrusion) but can attract microbes if becoming wet during handling and storage
resulting in metabolism and generation of heat. Leakage of water into a storage of wood pellets can
also lead to the physical processes mentioned above. Non-compressed wood like feedstock and chips
typically have a fauna of microbes which under certain circumstances will result in heating. All the
processes mentioned above contribute to what is called self-heating although oxidation is likely to be
one of the main contributing factors in the temperature range under which most biofuels are stored.
The heat build-up can be significant in large bulk stores as the heat conduction in the material is low.
Under certain conditions the heat generation can lead to thermal runaway and spontaneous ignition.
The potential for self-heating seems to vary considerably for different types of solid biofuel pellets. The
raw material used, and the properties of these raw materials have proven to influence the propensity
for self-heating of the produced wood pellets. However, the production process (e.g. the drying process)
also influences the potential for self-heating. It is therefore important to be able to identify solid biofuel
pellets with high heat generation potential to avoid fires in stored materials.
Two intrinsically different types of tests methods can be used to estimate the potential of self-heating;
a) In the isothermal calorimetry method described in this document, the heat flow generated from
the test portion is measured directly.
b) In basket heating tests, the temperature of the test portion is being monitored and the critical
ambient temperature (CAT), where the temperature of the test portion just does not increase
significantly due to self-heating, is used for indirect assessment of self-heating.
These two methods are applied at different analysis temperature regimes. The operating temperature
for an isothermal calorimeter is normally in the range 5 °C to 90 °C whereas basket heating tests are
conducted at higher analysis (oven) temperatures. For basket heating tests with wood pellets, CATs are
found for a 1 l sample portion in the range 150 °C to 200 °C.
The application of the test data should thus be identified before selecting the appropriate analytical
method.
NOTE 1 The two types of test methods referred to above do not measure heat production from physical
processes such as transport of moisture.
NOTE 2 It is likely that oxidation reactions taking place in the low respective high temperature regimes for
solid biofuel pellets are of different character and thus have different reaction rates and heat production rates.
In such a case, extrapolation of the data from a high temperature test series can lead to non-conservative results
and might not be applicable without taking the low temperature reactions into account. In the general case of
two reactions with different activation energies, the high activation energy is “frozen out” at low temperatures
[2]
and the low activation energy reaction is “swamped” at higher temperatures .
NOTE 3 It has been shown for a limited number of different types of wood pellets that the reaction rates in the
lower temperature regime measured by isothermal calorimetry were higher compared to the reaction rate data
[3]
determined from basket heating tests in the higher temperature regime .
Isothermal calorimetry is used for determination of the thermal activity or heat flow of chemical,
physical and biological processes. The method described in this document is developed for the
measurement of heat flow from the self-heating of solid biofuel pellets, but the technique is most
[3] to [7]
commonly used in the fields of pharmaceuticals, energetic materials, and cement .
Data from the isothermal calorimetry screening test procedure included in this document is intended
for comparison of the spontaneous heat generation (self-heating) of solid biofuel pellets (Annex B).
Guidance is additionally given on the use of isothermal calorimetry test data for the calculation of the
overall reaction rate of the heat producing reactions (Annex C).
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20049-1:2020(E)
Solid biofuels — Determination of self-heating of pelletized
biofuels —
Part 1:
Isothermal calorimetry
1 Scope
This document:
a) specifies a general test procedure for quantification of the spontaneous heat generation from solid
biofuel pellets using isothermal calorimetry;
b) specifies a screening test procedure for wood pellets using an instrument temperature of 60 °C;
c) establishes procedures for sampling and sample handling of solid biofuel pellets prior to the
analysis of spontaneous heat generation; and
d) gives guidance on the applicability and use of isothermal calorimetry for calculation of the net
reaction rate of the heat producing reactions of solid biofuel pellets.
The test procedure given in this document quantifies the thermal power (heat flow) of the sample
during the test, it does not identify the source of self-heating in the test portion analysed.
Data on spontaneous heat generation determined using this document is only associated with the
specific quality and age of the sample material. The results are product specific.
This document is applicable to solid biofuel pellets only.
The information derived using this document is for use in quality control and in hazard and risk
assessments related to the procedures given in ISO 20024:2020.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 14780, Solid biofuels — Sample preparation
ISO 16559, Solid biofuels — Terminology, definitions and descriptions
ISO 18135, Solid Biofuels — Sampling
ISO 18846, Solid biofuels — Determination of fines content in quantities of pellets
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16559 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
analysis temperature
temperature of the analysis environment, i.e. the calorimeter temperature
3.2
self-heating
rise in temperature in a material resulting from an exothermic reaction within the material
[SOURCE: ISO 13943:2017, 3.341, modified — “” omitted at the beginning of the definition.]
3.3
spontaneous ignition
ignition caused by an internal exothermic reaction
[SOURCE: ISO 13943:2017, 3.24]
Note 1 to entry: See definitions of ignition in ISO 13943.
3.4
test portion
sub-sample either of a laboratory sample (3.6) or a test sample (3.5)
[SOURCE: ISO 16559:2014, 4.202]
3.5
test sample
laboratory sample (3.6) after an appropriate preparation made by the laboratory
[SOURCE: ISO 16559:2014, 4.203]
3.6
laboratory sample
combined sample or a sub-sample of a combined sample for use in a laboratory
[SOURCE: ISO 16559:2014, 4.124]
3.7
thermal power
heat rate produced by the sample during the test and commonly expressed, with reference to the unit
mass of pelletized biofuel, in W/g or J/(s · g)
[SOURCE: CEN/TR 16632:2014, 8.3, modified — substitution of "cement" with " pelletized biofuel".]
4 Principle
Isothermal calorimetry is a sensitive technique for studying heat production or heat consumption from
samples of different kinds. It is non-destructive and non-invasive to the sample. When heat is produced
in a sample, an isothermal heat conduction calorimeter (here isothermal calorimeter) measures the
thermal power (heat flow). The sample is placed in an ampoule that is in contact with a heat flow
sensor that is also in contact with a heat sink. When heat is produced or consumed by any process, a
temperature gradient is developed across the sensor. This will generate a voltage, which is measured.
The voltage is proportional to the heat flow across the sensor and to the rate of the process taking place
in the sample ampoule. This signal is recorded continuously and in real time.
NOTE 1 A commercial instrument for isothermal calorimetry normally has multiple channels and can thus be
used for measurements of several samples simultaneously.
For each sample (channel) there is an inert reference that is on a parallel heat flow sensor. During
the time that the heat flow is monitored, any temperature fluctuations entering the instrument will
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influence both the sample and the reference sensors equally. This architecture allows a very accurate
determination of heat that is produced or consumed by the sample alone while other non-sample related
heat disturbances are efficiently removed. The measured heat flow is normalized against the weight of
the sample and the result is expressed in mW/g.
NOTE 2 The operating temperature for an isothermal calorimeter is normally in the range 5 °C to 90 °C.
However, there are calorimeters with somewhat higher span for operating temperature.
NOTE 3 The moisture content of the bio pellet sample could have an impact on the test result. The extent of
this impact is not known at the time of publication of this document.
5 Apparatus
The usual laboratory apparatus and, in particular, the following.
5.1 Isothermal calorimeter, consisting of a sample holder for the sample vial and the reference vial,
each thermally connected to heat flow sensors, which are thermally connected to a constant temperature
sink. See example in Figure 1.
Key
1 thermostat 4 reference
2 heat sink 5 heat flow sensors
3 sample
Figure 1 — Schematic drawing of an isothermal calorimeter
The calorimeter shall be calibrated at the analysis temperature (see Annex A). The analysis temperature
for the screening test procedure shall be 60 °C.
The baseline shall exhibit a low random noise level and be stable against drift (see Annex A).
The minimum sensitivity for measuring power output shall be 100 µW.
The data acquisition equipment shall be capable of performing continues logging of the calorimeter
output measured at minimum time interval of 10 s.
5.2 Vials, made of glass with a minimum volume of 20 ml and provided with an air tight lid with an
inert seal.
Vials with volumes other than 20 ml can be used if the sample loading is scaled accordingly (see 7.2.1).
In such cases this deviation from the standard procedure shall be noted in the test report.
5.3 Balance, with a resolution of at least 10 mg.
6 Sample handling
6.1 General
Correct sample handling is important in maintaining the properties of solid biofuel pellets samples. The
transport and storage (see 6.3) are of special importance for self-heating properties as the reactivity
of the sample will be reduced from prolonged exposure to air oxygen. This is further accentuated at
exposure to elevated temperatures.
The sample history and the conditions for sample handling should be stated as thoroughly as possible
in the test report.
6.2 Sampling
Sampling of solid biofuel pellets shall be made according to procedures prescribed in ISO 18135.
The minimum size of the laboratory sample is 500 ml.
6.3 Sample transport and storage
The laboratory sample shall be transported in a closed airtight sample container.
NOTE 1 An airtight container is used to limit the amount of available oxygen in order to reduce oxidation
reactions with the sample.
The container shall be completely filled with sample.
NOTE 2 A completely filled container limits the amount of air in the container (i.e. the amount of oxygen) and
further reduces deteriorations of the sample from physical wear (i.e. reduces the amount of fine fraction).
The time between sampling and analysis shall be minimized and elevated temperatures shall be
avoided.
NOTE 3 It has been seen that a sample can be stored for several months without any significant changes in
reactivity if put in a freezer directly after received at the analysis lab.
6.4 Sample preparation
Any fine fraction shall be removed from the laboratory sample to create a test sample before extracting
test portions. The fine fraction can be removed by gentle hand sieving using sieve size 3,15 mm in
accordance with ISO 18846.
NOTE Fine fraction are removed to avoid that fine fraction produced during the handling and transport is
included in the test portion.
The test portion shall be randomly taken from the test sample. Procedures from ISO 14780 shall be
followed.
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7 Test procedure
7.1 Temperature stabilisation
Set the instrument temperature to the selected analysis temperature. The analysis temperature for the
screening test procedure is 60 °C.
Follow the manufacturers procedure to ascertain the temperature stability.
NOTE The values for stability criterion vary for different calorimeters and are usually decided by the
software.
7.2 Sample vial preparation
7.2.1 Preparation procedure
The prepared sample vial shall not be pre-heated.
NOTE 1 Pre-heating of the sample vial is often used to reduce the disturbance in the measurement signal
from thermal imbalance between the sample and the calorimeter. However, pre-heating is not applied in this test
procedure as it was seen during a preliminary interlaboratory study (ILS) that pre-heating was not favourable
for measurement uncertainty in this application.
Handle the sample using a pair of tweezers or rubber gloves to avoid contamination of the sample.
Use whole pellets or larger pieces of pellets if possible.
Weigh into the sample vial (5.2) a test portion of 0,2 g pellets per ml volume of the glass vial used. For
example, use 4 ± 0,1 g pellets for a 20 ml glass vial.
NOTE 2 It has been shown for wood pellets that there is no significant difference in measured thermal power
[8]
for measurements made on whole pellets versus smaller parts of pellets (mixture from 2 mm particles and less) .
Tighten the lid of the sample vial properly after sample loading.
If oxygen deficiency which influences the test results is occurring in the closed ampoule during
measurement, follow the procedure in 7.2.2. A method to detect significant oxygen deficiency is
given in 8.1.
NOTE 3 It has been shown that oxygen deficiency in the closed vial normally does not influence the measured
heat production significantly in measurements with wood pellets using the screening test procedure prescribed
[8]
in this document . However, in certain cases with highly reactive pellets oxygen deficiency can influence the
test results.
7.2.2 Procedure to find proper test portion mass in case of influence from oxygen deficiency
To find the proper sample mass for avoiding the influence of oxygen deficiency, first run tests with 4 g
and 2 g sample mass (in case of using a 20 ml sample vial). If the difference in normalized total heat
production between the two sample weights (4 g and 2 g) is non-significant (less than 10 relative-%
difference) no more tests are required; 4 g sample mass is proper to use. If, however, the difference is
significant additional tests with 1 g and 3 g sample weight shall be made to find the sample mass where
the effect of oxygen deficiency is non-significant.
7.3 Reference vial preparation
Prepare two reference vials for each sample vial (for each channel).
The portion of reference material shall have the same total heat capacity as the test portion. Water is
recommended as reference material although other non-reactive materials could be used, for example
dry quartz sand.
A standard 20 ml glass vial filled with 1,3 g of deionized water can be used as reference vial for testing
4,0 g of wood pellet.
NOTE The heat capacity of wood pellets (≈6,5 wt-% moisture content) has been reported to be in the range
[9] [10]
of 1,2 J/(g·K) to 1,6 J/(g·K). If data on the specific wood pellet sample is not available, a value of 1,4 J/(g·K)
can be assumed, which results in a reference sample of 1,3 g deionized water, appropriate for tests with 4,0 g
wood pellets.
If the calorimeter is equipped with a fixed reference, the reference shall be assured to be appropriate
for testing pelletized biofuels.
7.4 Measurement
7.4.1 First baseline measurement
Start the test with a baseline measurement:
1) Put a reference vial in the reference position. This reference shall be kept stationary for the
complete test.
2) Put a second reference vial in the measurement position for the baseline measurement.
3) When the instrument has reached stable conditions, run a 30 min baseline measurement.
NOTE This applies for all channels that are used for measurement.
The baseline measurement data shall be included in the measurement data file.
7.4.2 Sample measurement
When the first baseline measurement is completed, replace the reference vial in the measurement
position with the sample vial.
Measure the heat flow from the sample vial and save to the measurement data file. The measurement
shall be run until the time when the heat development is no longer significantly influenced but at least
for 24 h.
NOTE The procedure for starting the test and saving data to the measurement data file can differ between
different brands of isothermal conduction calorimeters.
7.4.3 Second baseline measurement
After completion of the measurement on the sample:
1) Remove the sample vial from the measurement position.
2) Put a second reference vial in the measurement position.
3) When the instrument has reached stable conditions, run a 30 min baseline measurement.
NOTE The baseline measured after the test is to ensure that the instrument have the same stability as before
the test started. There is software for some instruments that by default measure the baseline before and after
the test.
7.4.4 Measurement data file
The resulting data file shall include the data from the sample measurement as well as the data from
both the baseline measurements. The file shall be stored with a unique name identifying the test
portion measured.
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8 Results
8.1 Test data
The data recorded is the thermal power (heat flow) in mW. The test data shall be presented as a plot of
specific thermal power in mW/g versus time.
Investigate the thermal power data plot for signs of oxygen deficiency in the ampoule during the test
(see Note 1 and Note 2). If such signs are present additional tests shall be made in accordance with 7.2.2.
NOTE 1 A typical sign of significant oxygen deficiency in a test is a sharp break in the heat flow curve (see
Figure D.3).
NOTE 2 The total heat production has typically reached a value of about 60 J (in a 20 ml sample vial) at the
time when oxygen depletion starts to have effect on the heat production rate.
8.2 Reported data
Report the maximum peak in specific thermal power (mW/g) and the specific total heat produced (J/g)
during the test.
The specific total heat is calculated by integrating the specific thermal power curve from the time of
the maximum peak until (normally) 24 hours.
If significant heat production was measured for longer time than 24 h, the integration shall include also
that period, and the time used for integration shall be reported.
The maximum peak is usually found in the beginning of the measurement. In cases where the thermal
power increases over time and ultimately exceeds the initial peak, this later maximum value shall not
be reported as the maximum peak value.
NOTE Annex B gives information on measured data from different types of solid biofuel pellets measured by
isothermal calorimetry.
9 Test report
The test report shall include the following information:
a) Test laboratory:
1) name and address of the laboratory;
2) isothermal calorimetry instrument used.
b) Sample description:
1) Sample ID;
2) type of product (and brand name if appropriate);
3) classification (if available) e.g. according to ISO 17225-2;
4) pro
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20049-1
Première édition
2020-05
Biocombustibles solides —
Détermination de l'auto-échauffement
des granulés de biocombustibles —
Partie 1:
Détermination calorimétrique
isotherme
Solid biofuels — Determination of self-heating of pelletized
biofuels —
Part 1: Isothermal calorimetry
Numéro de référence
©
ISO 2020
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Tél.: +41 22 749 01 11
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E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Principe . 2
5 Appareillage . 3
6 Manipulation des échantillons . 4
6.1 Généralités . 4
6.2 Échantillonnage . 4
6.3 Transport et stockage de l'échantillon . 4
6.4 Préparation de l'échantillon . 5
7 Mode opératoire d'essai . 5
7.1 Stabilisation de la température . 5
7.2 Préparation du flacon à échantillons . 5
7.2.1 Procédure de préparation . 5
7.2.2 Procédure permettant d'établir la masse adéquate de la prise d'essai en
cas d'influence du défaut d'oxygène . 6
7.3 Préparation du flacon de référence . 6
7.4 Mesurage . 6
7.4.1 Premier mesurage de référence . 6
7.4.2 Mesurage des échantillons . 6
7.4.3 Second mesurage de référence . 7
7.4.4 Fichier de données de mesurage . 7
8 Résultats . 7
8.1 Données d'essai . 7
8.2 Données consignées . 7
9 Rapport d'essai . 8
10 Répétabilité et reproductibilité . 8
Annexe A (normative) Étalonnage du calorimètre .10
Annexe B (informative) Exemples de données de présélection .12
Annexe C (informative) Détermination de la cinétique de réaction .14
Annexe D (informative) Informations relatives à l'étude interlaboratoires (ILS) .22
Bibliographie .28
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'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
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 le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 238, Biocombustibles solides.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 20049 se trouve sur le site web de l'ISO.
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.
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés

Introduction
Partout dans le monde, on observe une croissance continue de la production, du stockage, de la
manutention, du transport en vrac et de l'utilisation de biocombustibles solides, en particulier pour
ceux présentés sous forme de granulés.
Les caractéristiques physiques et chimiques spécifiques des biocombustibles solides, tout comme
la manutention et le stockage de ces derniers, peuvent être à l'origine d'un risque d'incendie et/ou
d'explosion, ainsi que de risques pour la santé, tels qu'une intoxication due à l'exposition au monoxyde
de carbone, une asphyxie due à la diminution de la teneur en oxygène ou des réactions allergiques.
De la chaleur peut être générée dans les biocombustibles solides par des processus exothermiques
biologiques, chimiques et physiques. Les processus biologiques comprennent le métabolisme des
champignons et bactéries et se produisent à basses températures; l'oxydation des constituants du
bois augmente avec la température et domine à haute température; la production de chaleur due aux
processus biologiques et chimiques entraîne un déplacement de l'humidité dans le matériau en vrac,
qui s'accompagne d'une sorption et d'une condensation de l'eau, qui sont toutes deux des processus
exothermiques. Par exemple, dans un tas de combustible forestier stocké ou un tas de plaquettes de
bois humides, tous ces processus peuvent être présents et contribuer à la production de chaleur.
[1]
Les biocombustibles solides tels que les granulés de bois sont toutefois intrinsèquement stériles en
raison des conditions régnant pendant la fabrication (exposition à une chaleur extrême pendant le
séchage, fragmentation lors du concassage au marteau et pression lors de l'extrusion) mais peuvent
attirer les microbes s'ils deviennent humides lors de la manutention et du stockage, ce qui entraîne un
métabolisme et une production de chaleur. L'infiltration d'eau dans un stockage de granulés de bois
peut également entraîner les processus physiques mentionnés ci-dessus. Le bois non comprimé, tel que
la matière première et les plaquettes, abrite généralement quantité de microbes qui dans certaines
circonstances entraîneront un échauffement. Tous les processus indiqués ci-dessus contribuent à ce que
l'on appelle l'auto-échauffement, bien que l'oxydation soit susceptible d'être l'un des principaux facteurs
qui contribuent à cet effet dans la plage de températures dans laquelle la plupart des biocombustibles
sont stockés. L'accumulation de chaleur peut être importante dans les magasins en vrac de grande
taille, la conduction thermique dans le matériau étant faible. Dans certaines conditions, la production
de chaleur peut entraîner un emballement thermique et un allumage spontané.
Le potentiel d'auto-échauffement semble varier considérablement pour différents types de granulés de
biocombustibles solides. La matière brute (première) utilisée et les propriétés de ces matières brutes
(premières) ont démontré avoir une influence sur la propension à l'auto-échauffement des granulés de
bois produits. Cependant, le processus de production (par exemple: le processus de séchage) influence
également le potentiel en matière d'auto-échauffement. Il est donc important d'être en mesure
d'identifier les granulés de biocombustibles solides présentant un potentiel de production de chaleur
élevé afin d'éviter les incendies dans les matériaux stockés.
Deux types de méthodes d'essai intrinsèquement différentes peuvent être utilisés pour estimer le
potentiel en matière d'auto-échauffement:
a) dans la méthode de la détermination calorimétrique isotherme décrite dans le présent document,
le flux thermique produit par la prise d'essai est mesuré directement;
b) dans les essais utilisant la méthode du point de croisement, la température de la prise d'essai
est surveillée et la température ambiante critique (TAC), où la température de la prise d'essai
n’augmente pas de façon significative en raison de l'auto-échauffement, est utilisée pour l'évaluation
indirecte de l'auto-échauffement.
Ces deux méthodes sont appliquées à différentes températures d'analyse. La température de
fonctionnement d'un calorimètre isotherme se situe normalement dans la plage de 5 °C à 90 °C, tandis
que les essais avec la méthode du point de croisement sont réalisés à des températures d'analyse (four)
plus élevées. Pour les essais utilisant la méthode du point de croisement avec des granulés de bois, les
TAC rencontrées pour une prise d'essai de 1 l sont comprises dans la plage de 150 °C à 200 °C.
Il convient donc que l'application des données d'essai soit identifiée avant de sélectionner la méthode
d'analyse appropriée.
NOTE 1 Les deux types de méthodes d’essai mentionnées ci-dessus ne mesurent pas la production de chaleur
à partir de processus physiques tels que le déplacement de l’humidité.
NOTE 2 Il est probable que les réactions d'oxydation se produisant aux températures basses et hautes pour
les granulés de biocombustibles solides soient de nature différente et possèdent donc des vitesses de réaction
et des vitesses de production de chaleur différentes. Dans ce cas, l'extrapolation des données issues d'une série
d’essais à haute température peut donner lieu à des résultats non concluants et peut ne pas être applicable sans
prendre en compte les réactions à basse température. Dans le cas général de deux réactions présentant des
énergies d'activation différentes, l'énergie d'activation élevée est «gelée» à basse température et la réaction de
[2]
faible énergie d'activation est «noyée» à température élevée .
NOTE 3 Il a été démontré, pour un nombre limité de types de granulés de bois différents, que les vitesses de
réaction dans le régime de température inférieur mesurées par détermination calorimétrique isotherme étaient
plus élevées que les données de vitesse de réaction déterminées à partir des essais utilisant la méthode du point
[3]
de croisement dans le régime de température supérieur .
La détermination calorimétrique isotherme est utilisée pour la détermination de l'activité thermique
ou du flux thermique des processus chimiques, physiques et biologiques. La méthode décrite dans le
présent document est conçue pour le mesurage du flux thermique à partir de l'auto-échauffement des
granulés de biocombustibles solides, mais cette technique est le plus souvent utilisée dans le domaine
[3] à [7]
des produits pharmaceutiques, des matières énergétiques et du ciment .
Les données issues du mode opératoire d'essai de présélection de la détermination calorimétrique
isotherme incluses dans le présent document sont destinées à la comparaison de la production de
chaleur spontanée (auto-échauffement) des granulés de biocombustibles solides (Annexe B).
Sont également fournies des recommandations relatives à l'utilisation des données d'essai de
détermination calorimétrique isotherme pour le calcul de la vitesse de réaction globale des réactions
productrices de chaleur (Annexe C).
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NORME INTERNATIONALE ISO 20049-1:2020(F)
Biocombustibles solides — Détermination de l'auto-
échauffement des granulés de biocombustibles —
Partie 1:
Détermination calorimétrique isotherme
1 Domaine d'application
Le présent document:
a) spécifie un mode opératoire d'essai général pour la quantification, à l'aide de la détermination
calorimétrique isotherme, de la production spontanée de chaleur par les granulés de
biocombustibles solides;
b) spécifie un mode opératoire d'essai de présélection pour les granulés de bois utilisant une
température d'appareil de 60 °C;
c) établit des procédures d'échantillonnage et de manipulation des échantillons de granulés de
biocombustibles solides avant l'analyse de la production spontanée de chaleur; et
d) fournit des recommandations relatives à l'applicabilité et à l'utilisation de la détermination
calorimétrique isotherme pour le calcul de la vitesse de réaction nette des réactions productrices
de chaleur des granulés de biocombustibles solides.
Le mode opératoire d'essai fourni dans le présent document quantifie la puissance thermique (flux
thermique) de l'échantillon pendant l'essai; il n'identifie pas la source de l'auto-échauffement dans la
prise d'essai analysée.
Les données relatives à la production spontanée de chaleur déterminées à l'aide du présent document
sont uniquement associées à la qualité et à l'âge spécifiques de l'échantillon de matériau. Les résultats
sont propres au produit.
Le présent document s'applique exclusivement aux granulés de biocombustibles solides.
Les informations déduites à l'aide du présent document sont destinées à être utilisées dans le contrôle
qualité et dans l'identification des dangers et l'évaluation des risques associés aux procédures fournies
dans l'ISO 20024:2020.
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 14780, Biocombustibles solides — Préparation des échantillons
ISO 16559, Biocombustibles solides — Terminologie, définitions et descriptions
ISO 18135, Biocarburants solides — Échantillonnage
ISO 18846, Biocombustibles solides — Détermination de la teneur en fines dans des quantités de granulés
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 16559 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 http:// www .electropedia .org/
3.1
température d'analyse
température de l'environnement d'analyse, c'est-à-dire la température du calorimètre
3.2
auto-échauffement
élévation de la température d'un matériau due à une réaction exothermique interne
[SOURCE: ISO 13943:2017, 3.341, modifié «» omis au début de la définition.]
3.3
allumage spontané
allumage provoqué par une réaction exothermique interne
[SOURCE: ISO 13943:2017, 3.24]
Note 1 à l'article: Voir les définitions du terme «allumage» dans l'ISO 13943.
3.4
prise d'essai
sous-échantillon soit d'un échantillon pour laboratoire (3.6), soit d'un échantillon pour essai (3.5)
[SOURCE: ISO 16559:2014, 4.202]
3.5
échantillon pour essai
échantillon pour laboratoire (3.6) ayant subi une préparation adaptée au laboratoire
[SOURCE: ISO 16559:2014, 4.203]
3.6
échantillon pour laboratoire
échantillon composite ou sous-échantillon d'un échantillon composite pour utilisation en laboratoire
[SOURCE: ISO 16559:2014, définition 4.124]
3.7
puissance thermique
flux thermique produit par l'échantillon durant l'essai et généralement exprimé, par référence à la
masse unitaire des granulés de biocombustibles, en W/g ou J/(s · g)
[SOURCE: CEN/TR 16632:2014, 8.3, modifié — remplacement de «ciment» par «granulés de
biocombustibles».]
4 Principe
La détermination calorimétrique isotherme est une technique sensible permettant d'étudier la
production de chaleur ou la consommation de chaleur d'échantillons de types variés. Elle est non
destructive et non invasive pour l'échantillon. Lorsque de la chaleur est produite à l'intérieur d'un
échantillon, un calorimètre à conduction thermique isotherme (ici appelé calorimètre isotherme)
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mesure la puissance thermique (flux thermique). L'échantillon est placé dans un flacon qui est en
contact avec un capteur de flux thermique, lui-même en contact avec un dissipateur thermique. Lorsque
de la chaleur est produite ou consommée par un processus quelconque, un gradient de température se
développe à travers le capteur. Cela produit une tension, qui est mesurée. La tension est proportionnelle
au flux thermique à travers le capteur et à la vitesse du processus se produisant dans le flacon contenant
l'échantillon. Ce signal est enregistré en continu et en temps réel.
NOTE 1 Un appareil commercial de détermination calorimétrique isotherme dispose généralement de
plusieurs canaux et peut donc être utilisé pour mesurer plusieurs échantillons simultanément.
Pour chaque échantillon (canal), il existe une référence inerte qui se trouve sur un capteur de flux
thermique parallèle. Pendant le temps où le flux thermique est surveillé, toute fluctuation de la
température pénétrant dans l'appareil influencera dans une même mesure l'échantillon et les capteurs
de référence. Cette architecture permet une détermination très précise de la chaleur produite ou
consommée par l'échantillon seul, tout en éliminant efficacement les autres perturbations thermiques
qui ne sont pas liées à l'échantillon. Le flux thermique mesuré est normalisé en fonction du poids de
l'échantillon et le résultat est exprimé en mW/g.
NOTE 2 La température de fonctionnement d'un calorimètre isotherme se situe généralement dans la plage
comprise entre 5 °C et 90 °C. Toutefois, il existe des calorimètres qui possèdent une plage de températures de
fonctionnement légèrement plus étendue.
NOTE 3 La teneur en humidité de l'échantillon de granulé de biocombustible peut avoir un impact sur le
résultat de l'essai. L’étendue de cet impact n'est pas connue au moment de la publication du présent document.
5 Appareillage
Appareillage de laboratoire usuel et, en particulier, ce qui suit.
5.1 Calorimètre isotherme, se composant d'un porte-échantillon pour le flacon à échantillons et
le flacon de référence, chacun relié thermiquement aux capteurs de flux thermique, eux-mêmes reliés
thermiquement à un puits thermique constant. Voir l'exemple à la Figure 1.
Légende
1 thermostat 4 référence
2 dissipateur thermique 5 capteurs de flux thermique
3 échantillon
Figure 1 — Représentation schématique d'un calorimètre isotherme
Le calorimètre doit être étalonné à la température d'analyse (voir Annexe A). La température d'analyse
pour le mode opératoire d'essai de présélection doit être de 60 °C.
La référence doit présenter un niveau de bruit aléatoire faible et être stable face à la dérive (voir
Annexe A).
La sensibilité minimale pour la mesure de la puissance de sortie doit être de 100 µW.
Le matériel d'acquisition de données doit être capable de réaliser des enregistrements continus de la
sortie du calorimètre mesurée à un intervalle de temps minimal de 10 s.
5.2 Flacons en verre d'un volume d'au moins 20 ml et équipés d'un couvercle étanche à l'air équipé
d'un joint inerte.
Des flacons d'un volume autre que 20 ml peuvent être utilisés si la prise d'essai est modifiée en
conséquence (voir 7.2.1). Dans ce cas, cet écart par rapport au mode opératoire standard doit être noté
dans le rapport d'essai.
5.3 Balance, d’une précision d'au moins 10 mg.
6 Manipulation des échantillons
6.1 Généralités
Une bonne manipulation des échantillons est importante pour la préservation des propriétés des
échantillons de granulés de biocombustibles solides. Le transport et le stockage (voir 6.3) sont
particulièrement importants pour les propriétés d'auto-échauffement car la réactivité de l'échantillon
sera réduite par une exposition prolongée à l'oxygène de l'air. Cela est encore accentué lors d'une
exposition à des températures élevées.
Il convient que l'historique de l'échantillon et que les conditions de manipulation de l'échantillon soient
indiqués de façon aussi exhaustive que possible dans le rapport d'essai.
6.2 Échantillonnage
L'échantillonnage des granulés de biocombustibles solides doit être effectué conformément aux
procédures décrites dans l'ISO 18135.
La taille minimale de l'échantillon pour laboratoire est de 500 ml.
6.3 Transport et stockage de l'échantillon
L'échantillon pour laboratoire doit être transporté dans un conteneur d'échantillon étanche à l'air et fermé.
NOTE 1 Un conteneur étanche à l'air est utilisé pour limiter la quantité d'oxygène disponible afin de réduire
les réactions d'oxydation avec l'échantillon.
L'échantillon doit complètement remplir le conteneur.
NOTE 2 Le fait que le conteneur soit complètement rempli limite la quantité d'air dans le conteneur (c'est-à-
dire la quantité d'oxygène) et diminue également les détériorations de l'échantillon dues à l'usure physique (c'est-
à-dire réduit la quantité de fraction fine).
Le temps s'écoulant entre l'échantillonnage et l'analyse doit être réduit au minimum et les températures
élevées doivent être évitées.
NOTE 3 Il a été constaté qu'un échantillon peut être stocké pendant plusieurs mois sans changements
significatifs en matière de réactivité, s'il est placé dans un congélateur directement après sa réception par le
laboratoire d'analyses.
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6.4 Préparation de l'échantillon
Toute fraction fine doit être retirée de l'échantillon pour laboratoire afin de créer un échantillon pour
essai avant d'extraire les prises d'essai. La fraction fine peut être éliminée par tamisage manuel délicat
à l'aide d'un tamis de 3,15 mm conformément à l'ISO 18846.
NOTE La fraction fine est éliminée afin d'éviter que la fraction fine produite lors de la manipulation et du
transport soit incluse dans la prise d'essai.
La prise d'essai doit être prélevée de façon aléatoire dans l'échantillon pour essai. Les procédures de
l'ISO 14780 doivent être suivies.
7 Mode opératoire d'essai
7.1 Stabilisation de la température
Régler la température de l'appareil à la température d'analyse choisie. La température d'analyse pour le
mode opératoire d'essai de présélection est de 60 °C.
Suivre la procédure du fabricant pour vérifier la stabilité de la température.
NOTE Les valeurs du critère de stabilité varient pour les calorimètres mis en œuvre et sont généralement
décidées par le logiciel.
7.2 Préparation du flacon à échantillons
7.2.1 Procédure de préparation
Le flacon à échantillons préparé ne doit pas être préchauffé.
NOTE 1 Le préchauffage du flacon à échantillons est souvent utilisé pour réduire la perturbation du signal de
mesure due au déséquilibre thermique entre l'échantillon et le calorimètre. Toutefois, le préchauffage n'est pas
appliqué dans le présent mode opératoire d'essai, car il a été constaté au cours d'une étude interlaboratoires (ILS)
préliminaire que le préchauffage n'était pas favorable à l'incertitude de mesure dans la présente application.
Manipuler l'échantillon à l'aide d'une paire de pinces ou de gants en caoutchouc afin d'éviter toute
contamination de l'échantillon.
Utiliser si possible des granulés entiers ou de gros morceaux de granulés.
Dans le flacon à échantillons (5.2), peser une prise d'essai de 0,2 g de granulés par volume en ml du
flacon à échantillons utilisé. Par exemple, utiliser 4 ± 0,1 g de granulés pour un flacon en verre de 20 ml.
NOTE 2 Il a été démontré pour les granulés de bois qu'il n'y a pas de différence significative dans la puissance
thermique mesurée pour les mesurages effectués sur des granulés entiers par rapport à des morceaux de
[8]
granulés plus petits (mélange de particules de 2 mm et moins) .
Serrer le couvercle du flacon à échantillons correctement après le chargement de l'échantillon.
Si un défaut d'oxygène influençant les résultats d'essai se produit dans le flacon fermé pendant le
mesurage, suivre la procédure indiquée en 7.2.2. Une méthode permettant de détecter un défaut
d'oxygène significatif est fournie au paragraphe 8.1.
NOTE 3 Il a été démontré qu'un défaut d'oxygène dans le flacon fermé n'influence généralement pas de façon
significative la production de chaleur mesurée dans les mesurages réalisés avec des granulés de bois à l'aide du
[8]
mode opératoire d'essai de présélection recommandé dans le présent document. Toutefois, dans certains cas,
avec des granulés hautement réactifs, le défaut d'oxygène peut influencer les résultats des essais.
7.2.2 Procédure permettant d'établir la masse adéquate de la prise d'essai en cas d'influence
du défaut d'oxygène
Pour identifier la masse adéquate de l'échantillon permettant d'éviter l'influence du défaut d'oxygène,
réaliser dans un premier temps les essais avec une masse d'échantillon de 4 g et de 2 g (si un flacon
à échantillons de 20 ml est utilisé). Si la différence de production de chaleur totale normalisée entre
les deux masses d'échantillon (4 g et 2 g) est non significative (écart relatif inférieur à 10 %), aucun
autre essai n'est nécessaire; il est approprié d'utiliser une masse d'échantillon de 4 g. Cependant, si la
différence est significative, des essais supplémentaires avec des masses d'échantillon de 1 g et de 3 g
doivent être effectués afin d'établir la masse d'échantillon à laquelle l'effet du défaut d'oxygène est non
significatif.
7.3 Préparation du flacon de référence
Préparer deux flacons de référence pour chaque flacon à échantillons (pour chaque canal).
La prise du matériau de référence doit avoir la même capacité thermique totale que la prise d'essai.
L'eau est un matériau de référence recommandé, bien que d'autres matériaux non réactifs puissent être
utilisés, par exemple le sable de quartz sec.
Un flacon en verre standard de 20 ml contenant 1,3 g d'eau désionisée peut être utilisé comme flacon de
référence pour soumettre à essai 4,0 g de granulés de bois.
NOTE Il a été indiqué que la capacité thermique des granulés de bois (teneur en humidité d'environ 6,5 %
[9] [10]
en masse) se situe dans une plage comprise entre 1,2 J/(g·K) et 1,6 J/(g·K). Si aucune donnée relative à
l'échantillon de granulés de bois concerné n'est disponible, une valeur de 1,4 J/(g·K) peut être supposée, ce qui se
traduit par un échantillon de référence de 1,3 g d'eau désionisée, approprié pour les essais réalisés avec 4,0 g de
granulés de bois.
Si le calorimètre est équipé d'une référence fixe, il faut s'assurer que la référence est appropriée pour
l'essai de granulés de biocombustibles.
7.4 Mesurage
7.4.1 Premier mesurage de référence
Commencer l'essai par un mesurage de référence:
1) placer un flacon de référence dans la position de référence. Cette référence doit être maintenue
stationnaire pendant toute la durée de l'essai;
2) placer un second flacon de référence en position de mesurage pour le mesurage de référence;
3) lorsque l'appareil a atteint des conditions stables, effectuer un mesurage de référence de 30 min.
NOTE Cela s'applique à tous les canaux qui sont utilisés pour le mesurage.
Les données de mesurage de référence doivent être incluses dans le fichier de données de mesurage.
7.4.2 Mesurage des échantillons
Une fois le premier mesurage de référence effectué, remplacer le flacon de référence en position de
mesurage par le flacon à échantillons.
Mesurer le flux thermique depuis le flacon à échantillons et l'enregistrer dans le fichier de données de
mesurage. Le mesurage doit être effectué jusqu’à ce que le développement de la chaleur ne soit plus
influencé de manière significative et sur une durée minimale de 24h.
NOTE La procédure de démarrage de l'essai et de sauvegarde des données dans le fichier de données de
mesurage peut varier d'une marque de calorimètre à conduction isotherme à l'autre.
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7.4.3 Second mesurage de référence
À l'issue du mesurage sur l'échantillon:
1) retirer le flacon à échantillons de la position de mesurage;
2) placer un second flacon de référence dans la position de mesurage;
3) lorsque l'appareil a atteint des conditions stables, effectuer un mesurage de référence de 30 min.
NOTE La référence mesurée après l'essai vise à garantir que l'appareil présente la même stabilité qu'avant le
démarrage de l'essai. Sur certains appareils, un logiciel mesure par défaut la référence avant et après l'essai.
7.4.4 Fichier de données de mesurage
Le fichier de données de mesurage obtenu doit inclure les données provenant du mesurage de
l'échantillon ainsi que les données provenant des deux mesurages de référence. Le fichier doit être
stocké sous un nom unique identifiant la prise d'essai mesurée.
8 Résultats
8.1 Données d'essai
Les données enregistrées sont la puissance thermique (flux thermique) en mW. Les données d'essai
doivent être présentées sous la forme d'un tracé de la puissance thermique spécifique en mW/g en
fonction du temps.
Rechercher dans le tracé de données de puissance thermique des signes de défaut d'oxygène dans le
flacon pendant l'essai (voir la Note 1 et la Note 2). En présence de tels signes, des essais supplémentaires
doivent être effectués conformément au paragraphe 7.2.2.
NOTE 1 Une cassure nette dans la courbe de flux thermique est un signe caractéristique de défaut d'oxygène
significatif dans un essai (voir Figure D.3).
NOTE 2 La production de chaleur totale atteint généralement une valeur d'environ 60 J (dans un flacon à
échantillons de 20 ml) au moment où le défaut d'oxygène commence à avoir un effet sur la vitesse de production
de chaleur.
8.2 Données consignées
Consigner le pic maximal de la puissance thermique spécifique (mW/g) et la chaleur totale
spécifique (J/g) produite pendant l'essai.
La chaleur totale spécifique est calculée en intégrant la courbe de puissance thermique spécifique à
partir du moment du pic maximal jusqu'à (généralement) 24 heures.
Si une production de chaleur significative a été mesurée pour une durée supérieure à 24 h, l'intégration
doit également inclure cette période, et le temps utilisé pour l'intégration doit être consigné.
Le pic maximal se trouve généralement au début du mesurage. Dans les cas où la puissance thermique
augmenterait dans le temps et finirait par dépasser le pic initial, cette valeur maximale ultérieure ne
doit pas être consignée comme étant la valeur du pic maximal.
NOTE L'Annexe B fournit des informations relatives aux données mesurées par détermination calorimétrique
isotherme à partir de différents types de granulés de biocombustibles solides.
9 Rapport d'essai
Le rapport d'essai doit comprendre les informations suivantes:
a) laboratoire d'essai:
1) nom et adresse du laboratoire;
2) appareil de détermination calorimétrique isotherme utilisé;
b) description de l'échantillon:
1) ID de l'échantillon;
2) type de produit (et nom commercial le cas échéant);
3) classement (si disponible) par exemple conformément à l'ISO 17225-2;
4) données relatives au produit (si disponible: diamètre, longueur, densité, teneur en humidité,
composition du matériau);
5) processus de sélection de l'échantillon (par exemple: aléatoire);
6) historique du produit (dates de production, d'échantillonnage, de transport et d'arrivée au
laboratoire d'essai);
7) type d'emballage utilisé pour le transport de l'échantillon;
c) préparation de l'échantillon:
1) stockage de l'échantillon avant la préparation de l'échantillon (par exemple: température);
2) date et heure de déballage et de préparation de l'échantillon (heure, jour, mois et année);
3) type de préparation d'échantillon avant prélèvement des prises d'essai;
d) une référence au présent document (ISO 20049-1):
1) température d'analyse du calorimètre isotherme;
2) utilisation des résultats d'essai: essais de présélection ou essais destinés au calcul de
paramètres cinétiques;
e) toute caractéristique inhabituelle constatée au cours de la détermination et qui peut influencer les
résultats;
f) résultats de l'essai, y compris les unités et la base sur laquelle ils sont fournis.
10 Répétabilité et reproductibilité
Une étude interlaboratoires (ILS) à laquelle ont participé neuf laboratoires a été organisée dans la
période 2017-2019. Les essais ont été réalisés avec trois types de granulés de bois différents, tous
échantillonnés auprès de producteurs suédois. Des résultats valides en matière d'incertitude de mesure
n'ont été obtenus que pour un seul des trois types de granulés soumis à essai. Les résultats pour les
essais valides avec le type de granulés P1 sont fournis au Tableau 1et au Tableau 2.
Des détails complémentaires sur l'ILS peuvent être consultés à l'Annexe D.
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Tableau 1 — Incertitude de mesure pour la puissance thermique spécifique, q
max
Répétabilité Reproductibilité
Type de granulé Moyenne de la
Grandeur
et masse de la grandeur – m
s s /m r s s /m R
r r R R
mesurée
prise d'essai (mW/g)
(mW/g) (%) (mW/g) (mW/g) (%) (mW/g)
q P1, 4 g 1,11 0,026 2,3 0,07 0,15 13,5 0,38
max
P1, 3 g 1,09 0,058 5,3 0,15 0,16 14,8 0,41
P1, 2 g 1,11 0,046 4,1 0,12 0,15 14,0 0,39
P1, 1 g 1,09 0,052 4,8 0,13 0,14 12,8 0,35
Tableau 2 — Incertitude de mesure pour l'énergie totale spécifique, q
tot
Répétabilité Reproductibilité
Type de granulé Moyenne de la
Grandeur
et masse de la grandeur – m
s s /m r s s /m R
r r R R
mesurée
prise d'essai (J/g)
(J/g) (%) (J/g) (J/g) (%) (J/g)
q P1, 4 g 17,0 0,31 1,8 0,80 0,89 5,2 2,3
tot
P1, 3 g 17,3 1,28 7,4 3,3 1,4 8,2 3,6
P1, 2 g 18,0 0,49 2,7 1,2 1,0 5,4 2,5
P1, 1 g 17,8 0,86 4,8 2,2 1,6 9,2 4,1
Annexe A
(normative)
Étalonnage du calorimètre
A.1 Généralités
Étalonner l'appareil conformément aux recommandations du fabricant à intervalles réguliers d'un an
ou moins, ou chaque fois qu'il existe des doutes quant au bon fonctionnement.
A.2 Étalonnage/validation de la température
Étalonner l'appareil pour la température d'analyse choisie.
NOTE 1 La procédure de mesurage du présent document peut être appliquée à différentes températures
d'analyse, par exemple pour des mesurages étendus à plusieurs températures destinées à dériver un modèle
cinétique de production de chaleur (voir l'Annexe C).
Valider la température d'essai définie par un mesurage indépendant de la température dans le milieu
de la gamme de réglage du thermostat. La température ne doit pas différer de plus de 0,2 K de la
température définie.
NOTE 2 L'étalonnage de la température s'effectue à l'aide d'un dispositif de thermocouple étalonné.
A.3 Étalonnage de la puissance thermique
Étalonner le mesurage de la puissance thermique de l'appareil à la température d'analyse.
Le calorimètre doit être à l'équilibre, sans dérive significative du signal avant le démarrage du processus
d'étalonnage.
NOTE 1 La procédure de mesurage du présent document peut être appliquée à différentes températures
d'analyse, par exemple pour des mesurages étendus à plusieurs températures destinées à dériver un modèle
cinétique de production de chaleur (voir l'Annexe C).
NOTE 2 L'objectif de l'étalonnage est de comparer le signal du calorimètre avec la puissance thermique ou
enthalpie de changement d'état d'un processus bien défini, c'est-à-dire un processus d'étalonnage, à l'issue duquel
le signal du calorimètre est réglé afin de satisfaire les limites définies et les tolérances. Le résultat du mesurage
d'étalonnage est comparé à la valeur théorique qui a été attribuée au processus d'étalonnage et une constante
d'étalonnage est calculée.
Les calorimètres de flux thermique peuvent être sensibles aux erreurs systématiques en raison du fait
qu'une partie de la chaleur générée, dont l'ampleur dépend de la conception de l'appareil, s'échappe
des capteurs de flux thermique. Il est donc important que le processus d'étalonnage soit conçu de
façon à imiter au plus près le véritable mesurage de l'échantillon. L'étalonnage peut être effectué
électriquement en générant une quantité connue de chaleur par effet joule dans une résistance bien
placée, ou chimiquement par une réaction d'une puissance thermique bien établie ou une enthalpie de
changement d'état.
De nombreux calorimètres de flux thermique sont équipés d'un réchauffeur électrique intégré
(réchauffeur d'étalonnage) qui est utilisé pour étalonner l'appareil. Le positionnement du réchauffeur
d'étalonnage par rapport au positionnement de l'échantillon et du capteur de flux thermique peut être
critique pour l'exactitude du calorimètre. Le fabricant de l'appareil spécifie habituellement l'exactitude
du calorimètre lorsqu'il est étalonné conformément aux instructions du fabricant.
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En raison de la dépendance mineure à la température de la sensibilité des capteurs de flux thermique
dans une plage de températures étroite, il est recommandé d'étalonner le calorimètre à la même
température d'essai que celle à laquelle le mesurage de l'échantillon doit être effectué. Il est recommandé
de valider l'exactitude obtenue par l'étalonnage à l'aide d'un processus d'essai indépendant bien
[11]
caractérisé .
A.4 Exigences relatives au niveau de bruit et à la dérive
Les exigences relatives au bruit et à la dérive doivent être vérifiées pour un nouvel appareil et à chaque
fois qu'il existe des doutes quant au bon fonctionnement.
La vitesse de changement de la référence mesurée pendant une durée de 3 jours doit être ≤ 20 μJ/s par
gramme d'échantillon par heure d'essai et un niveau de bruit aléatoire de référence de ≤ 10 μJ/s par
gramme d'échantillon.
NOTE 1 Dans la pratique, la référence est mesurée pendant 3 jours et une ligne droite est placée sur les
données de
...