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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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Approche CFD
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1. Mise en œuvre de la méthode multi-énergie
Les principes théoriques de l'approche multi-énergie ont été présentées dans [SE 5 068]. La mise en œuvre de la méthode sur un cas pratique est présentée avec pour but d'en illustrer les avantages et les inconvénients.
1.1 Exemple d'application
On considère l'installation suivante composée de deux installations pétrolières. Le scénario est une fuite de propane en phase gaz au niveau de l'unité 1. Les caractéristiques du nuage inflammable sont évaluées à l'aide d'un code de calcul de dispersion atmosphérique. On dispose donc de toutes les propriétés du nuage inflammable, notamment de sa position (figure 1). Le nuage inflammable a le potentiel de se répandre dans les deux unités. On souhaite déterminer les distances aux seuils de surpressions de 200 mbar, 140 mbar et 50 mbar.
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Quelle est l'énergie de combustion à retenir ?
Si l'on se réfère aux critères RIGOS (Research to Improve Guidance on Separation distance) , deux zones sont considérées indépendantes si la distance qui les sépare est au moins égale à la moitié de la plus grande dimension de chaque unité, indépendamment des surpressions atteintes (figure 2).
Si l'inflammation se fait dans l'unité 1, alors la flamme se propage de l'unité 1 à l'unité 2. La longueur de l'unité 1 est de 80 mètres. Il faut donc que l'unité 2 se situe à au moins 40 mètres.
De...
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Mise en œuvre de la méthode multi-énergie
BIBLIOGRAPHIE
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(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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2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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