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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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Taking explosion risk into account requires different precision degrees in the modeling of effects. In certain cases, the complete characterization of the overpressure signal is necessary. Amongst the existing tools in order to address this phenomenon, two approaches are widely used: the multi-energy method and the CFD methods. The comparative analysis of these methods assists in the choice of the most relevant method according to the explosion issue. Although this comparison shows that a CFD approach is globally more effective, in certain specific instances, it is advisable to use the multi-energy method.
Auteur(s)
-
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 :
-
les exigences particulières du client en termes de coût et de délais ;
-
les objectifs attendus de l'étude à réaliser ;
-
la pertinence et la disponibilité des outils éventuellement imposés par le client ;
-
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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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
CFD tools | multi-energy | explosion
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Présentation
Mise en œuvre de la méthode multi-énergie
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4. Conclusion
La prise en compte du risque d'explosion impose différents degrés de précision dans la modélisation des effets. Pour certaines problématiques la définition d'une distance à un seuil de surpression sera suffisante, alors que, dans d'autres, la caractérisation complète du signal de surpression sera indispensable. Il existe aujourd'hui de multiples outils pour traiter ce phénomène. À l'usage, il ressort que deux approches sont les plus utilisées aujourd'hui, à savoir la méthode multi-énergie et les méthodes CFD (FLACS notamment).
D'un point de vue technique, les méthodes CFD sont globalement plus performantes puisqu'elles modélisent plus fidèlement les phénomènes physiques. La plupart des codes CFD commerciaux actuels présentent toutefois des limites qui peuvent conduire, entre autres, à sous-estimer les effets de l'explosion loin du nuage inflammable, domaine que la méthode multi-énergie est justement censée traiter. En fait à ce jour, on peut considérer que les deux méthodes sont assez complémentaires :
-
la méthode multi-énergie est à privilégier loin du nuage inflammable car elle fournit des résultats plus conservateurs, moyennant le fait de bien fixer l'intensité de l'explosion ;
-
les approches CFD sont les plus adéquates dès lors que l'on souhaite modéliser plus finement la propagation des flammes dans le nuage inflammable et ainsi déterminer l'intensité de l'explosion (intensité qui constitue justement une des principales causes d'incertitudes dans la méthode multi-énergie) ;
-
entre ces deux cas extrêmes (champ « intermédiaire »), le recours à l'une ou l'autre des méthodes va dépendre du cas spécifique étudié.
Même s'ils restent perfectibles, les outils de modélisation des explosions de gaz aujourd'hui disponibles sont devenus indispensables à l'ingénieur en risque industriel, ne serait-ce que pour fournir des ordres de grandeur du risque et mieux comprendre les phénomènes. Ces codes sont amenés à devenir de plus en plus performants et devraient permettre à moyen terme de gérer l'intégralité des problématiques d'explosions accidentelles de gaz.
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Conclusion
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).
-
...
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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