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RÉSUMÉ
La prise en compte du risque d'explosion impose différents degrés de précision dans la modélisation des effets. Dans certains cas, la caractérisation complète du signal de surpression est indispensable. Parmi les outils existants pour traiter ce phénomène, deux approches sont très utilisées : la méthode multi-énergie et les méthodes CFD. Une analyse comparée de ces méthodes apporte un éclairage sur le choix le plus pertinent en fonction de la problématique d'explosion considérée. La comparaison montre qu'une approche CFD est globalement plus performante, mais dans quelques cas particuliers le recours à la méthode multi-énergie peut être préférable.
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Anousone CHAMPASSITH : Ingénieur en sécurité industrielle - Spécialiste des effets des phénomènes dangereux TECHNIP France
INTRODUCTION
Au niveau industriel, la modélisation des effets de l'explosion peut avoir plusieurs objectifs. Outre la reconstitution d'accident, elle intervient par exemple lors de la réalisation des études de dangers réglementaires imposées à tous les sites Seveso seuil haut (les installations ayant le potentiel de danger le plus important de par la quantité de produit dangereux stockés). De plus, il peut s'avérer indispensable pour un industriel de s'assurer que son installation puisse résister à une surpression d'explosion incidente déterminée. Dans ce cas, le calcul des effets de l'explosion a pour objectif de fournir des critères de dimensionnement pour les installations que l'on souhaite protéger (dimensionnement d'une salle de contrôle, dimensionnement d'une plate-forme offshore, etc.). Pour cela, l'ingénieur dispose aujourd'hui d'une grande panoplie de méthodes disponibles.
La dernière décennie a notamment été marquée par un net essor de l'utilisation des outils CFD (Computational Fluid Dynamics). Ces outils sont, en théorie, les plus aptes à modéliser correctement le phénomène d'explosion.
Les capacités d'un outil sont bien sûr importantes, mais dans la pratique, d'autres considérations peuvent intervenir (par exemple ne pas remettre en cause un classement antérieur sur le même site). Si ce n'était pas le cas on aurait systématiquement recours aux modèles CFD qui ont le plus fort potentiel technique. Ainsi, face à une problématique donnée, l'ingénieur se doit de définir l'approche la plus pertinente en considérant notamment :
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les exigences particulières du client en termes de coût et de délais ;
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les objectifs attendus de l'étude à réaliser ;
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la pertinence et la disponibilité des outils éventuellement imposés par le client ;
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l'aptitude des outils à répondre à la problématique posée.
Dans ce contexte, il peut s'avérer difficile de choisir la méthode de modélisation la plus adaptée. Ce choix est alors à faire en fonction des besoins et de l'objectif fixé. L'objet de cet article est d'apporter un éclairage uniquement sur l'aptitude technique des outils de modélisation à répondre aux problématiques liées à une explosion de gaz. La modélisation CFD et l'approche multi-énergie sont ainsi comparés d'un point de vue théorique d'abord, puis au travers de quelques cas pratiques pour identifier les avantages et inconvénients liés à chaque approche.
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Comparaison des deux approches
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2. Approche CFD
Les observations reportées dans les paragraphes ci-dessous s'appuient en très grande majorité sur l'utilisation des codes FLACS et AUTOREAGAS. Il est évident que tous les codes CFD ne sont pas similaires à ceux cités ici et que certaines observations peuvent ne pas s'appliquer aux autres codes.
2.1 Intérêts
L'intérêt d'une approche CFD par rapport à la méthode multi-énergie est évident puisque l'explosion y est modélisée de manière plus précise. Une modélisation CFD permet ainsi de prendre en compte :
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la géométrie réelle des installations ;
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les caractéristiques du nuage inflammable réel (on n'est plus limité à un nuage hémisphérique stœchiométrique) ;
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les compositions d'onde.
Elle a donc un domaine d'application beaucoup plus large.
HAUT DE PAGE2.2 Limites actuelles
Les codes CFD commerciaux actuels présentent certaines limites qu'il convient de garder à l'esprit. En effet, leur utilisation peut parfois être préconisée à tort car ils sont souvent considérés comme la solution universelle face aux capacités limitées des méthodes empiriques. Même si c'est effectivement le cas dans de nombreuses situations, il n'en reste pas moins que les codes CFD présentent des limites dans certaines configurations particulières.
HAUT DE PAGE2.2.1 Difficultés de mise en œuvre
Un outil CFD est réputé avoir une précision plus grande qu'une méthode empirique ou un outil phénoménologique. Il convient toutefois de rappeler que les résultats d'une simulation ne peuvent pas avoir un degré de précision plus important que les données d'entrées. En l'occurrence, le principal obstacle à la mise en œuvre d'un outil CFD est la retranscription de la géométrie.
La phase de construction du modèle est une étape critique. Le phénomène d'accélération de flamme est en effet directement lié à la présence de petits obstacles (canalisation notamment). Ces éléments doivent...
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Approche CFD
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Van Den BERG (A.C.), MOS (A.L.) - Research to improve guidance on separation distance for the multi energy method. - UK HSE Research Report, 369 (2005).
-
(2) - EGGEN (J.B.) MM - GAME : development of guidance for the application of the multi-energy method. - TNO Prins Maurits Laboratory –Report no PML 1995-C44 (1998).
-
(3) - MERCX (W.P.M.), Van Den BERG (A.C.), Van LEEUWEN (D.) - Application of correlations to quantify the source strength of vapour cloud explosions in realistic situations, final report for the project : GAMES. - TNO report no PML 1998-C53 (1998).
-
(4) - MERCX (W.P.M.) - Modelling and experimental research into gas explosions MERGE. - Overall final report of the MERGE project, CEC contract : STEP-CT-0111 (SSMA) (1993).
-
(5) - MOUILLEAU (Y.), LECHAUDEL (J.F.) - Guide des méthodes d'évaluation des effets d'une explosion de gaz à l'air libre. - INERIS DRA, YMo/YMo-1999-120433 (1999).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
AUTOREAGAS, CFX, FLUENT. ANSYS INC. Southpointe 275 Technology Drive Canonsburg, PA 15317, USA http://www.ansys.com
FLACS – FLame Acceleration Simulator. GEXCON AS Fantoftvegen 38 N-5892 Bergen, Norvège http://www.gexcon.com
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Code de l'environnement – version consolidée au 1 juin 2012
Loi no 2003-699 du 30/07/03 relative à la prévention des risques technologiques et naturels et à la réparation des dommages, JO no 175 du 31 juillet 2003, NOR : DEVX0200176L
Arrêté du 29 septembre 2005 relatif à « l'évaluation et à la prise en compte de la probabilité d'occurrence, de la cinétique, de l'intensité des effets et de la gravité des conséquences des accidents potentiels dans les études de dangers des installations classées soumise à autorisation ». JO no 234 du 7 octobre 2005 – NOR : DEVP0540371A
Circulaire du 10 mai 2010 récapitulant les règles méthodologiques applicables aux études de dangers, à l'appréciation de la démarche de réduction du risque à la source et aux plans de prévention des risques technologiques (PPRT) dans les installations classées en application de la loi du 30 juillet 2003, BO du MEEDDM no 2010/12 du 10 juillet 2010 NOR : DEVP1013761C
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