Détonations en phase gazeuse
Management des risques chimiques - Explosion de gaz

Les explosions de gaz en milieu confiné sont des accidents domestiques ou industriels fréquents. La prévention de ces accidents et la réduction de leurs conséquences reposent sur des notions qui peuvent revêtir une certaine complexité pour le non-spécialiste. Dans cet article, nous avons essayé d’exposer, de la manière la plus simple possible, les notions qui permettent d’identifier et de caractériser le risque d’explosion de gaz, avant d’aborder les moyens de prévention et de protection qui peuvent être mis en place.

La première étape, dans une telle démarche, consiste à déterminer si une phase gazeuse se trouvant dans une enceinte, un appareil, un bâtiment est inflammable ou non.

Lorsqu’il s’avère qu’une phase gazeuse est inflammable, il se pose alors la question des effets de l’explosion dans une enceinte. L’ouverture d’un évent, destiné à la protection des enceintes en cas d’explosion permet de limiter la surpression de l’explosion à une valeur compatible avec la résistance mécanique de l’enceinte. Le dimensionnement des évents se fait en utilisant des abaques établis par Bartknecht pour quatre gaz carburants caractéristiques : le méthane, le propane, le gaz de cokerie et l’hydrogène. Ces techniques de calcul d’évents s’appliquent à la déflagration. Elles ne s’appliquent pas en cas de détonation.

Nous avons cru utile de présenter de manière plus détaillée qu’à l’habitude les caractéristiques de la détonation dans les gaz et les théories affairantes. En cas de détonation, la pression dans l’onde de détonation est très supérieure à la pression générée par les déflagrations dans des enceintes de géométrie sphérique. Cette pression est déterminée par la théorie de Chapman-Jouguet. Les grandeurs caractéristiques de la détonation sont : la célérité, la pression dans l’onde de choc, le diamètre critique d’extinction, le diamètre critique de transmission de la détonation d’un tube dans une enceinte sphérique, la taille des cellules de détonation.

Beaucoup d’informations relatives à l’inflammabilité des mélanges gazeux se trouvent dans la littérature. Mais, si les données relatives à une situation industrielle n’y sont pas disponibles, il est nécessaire de les obtenir par des moyens expérimentaux. On dispose pour cela d’appareils pour la mesure des points d’éclair et d’explosimètres, enceintes destinées à l’étude des limites d’inflammabilité et des caractéristiques des explosions avec les conditions initiales de pression et de température souhaitées.

La prévention des explosions de gaz consiste à rendre les mélanges gazeux non inflammables par différentes techniques : inertage, contrôle de la température des liquides inflammables ou contrôle de la concentration en carburant dans la phase gazeuse pour la placer en dehors du domaine de composition inflammable, flegmatisation d’un gaz ou d’une vapeur instables. La protection des enceintes contenant un mélange gazeux inflammable par des évents d’explosion est un moyen de protection, de même que la construction d’enceintes ou d’appareils résistant à la surpression de l’explosion. Les pare-flammes permettent d’empêcher la propagation de flammes dans les conduites. Des vannes pyrotechniques permettent d’isoler des conduites sur détection d’une surpression, afin d’éviter la propagation de l’explosion. L’élimination des sources d’amorçage possibles d’une explosion contribue à la prévention des accidents au même titre que les dispositions constructives des ateliers et la limitation des stocks de matières inflammables dans les ateliers et les usines.