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RÉSUMÉ
Les explosions, autour des sites à risques, sont des phénomènes rares mais à cinétique rapide, ce qui les rend difficiles à prévoir. Les effets parfois dévastateurs d'une explosion sont caractérisés par une onde de pression de forte intensité, mais de courte durée. Cet article est consacré aux méthodes permettant d’évaluer les conséquences d’une explosion, méthodes initialement issues du domaine militaire. Cependant, ne prenant pas en compte des paramètres influents sur la violence du phénomène, ces méthodes ne répondaient qu’en partie à la problématique des explosions de gaz. Des travaux de recherche ont permis grâce à des outils de modélisation spécifiques, notamment à travers les calculs de mécaniques des fluides, de prendre en considération une grande partie des phénomènes physiques relatifs à une explosion de gaz.
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Laurent PARIS : Ingénieur en sécurité industrielle - Technip France - Spécialiste des effets des incendies et des explosions
INTRODUCTION
L'essor de l'activité industrielle associée à l'urbanisation croissante autour des sites à risques a conduit l'ensemble des acteurs à réfléchir pour se prémunir contre les risques technologiques induits. Les explosions, quelqu'en soit leur origine, sont des phénomènes rares mais à cinétique rapide, ce qui ne permet pas toujours de les anticiper. En effet, les conséquences peuvent être dévastatrices et imprévisibles comme nous l'ont montré un certain nombre de grandes catastrophes industrielles passées.
Les effets d'une explosion sont principalement caractérisés par une onde de pression de forte intensité, mais de courte durée qui se propage dans l'environnement et balaye tout sur son passage. L'onde peut avoir, soit des effets directs sur les individus mais également de manière indirecte lors de l'effondrement d'une structure non conçue initialement pour résister à de tels phénomènes. Les conséquences peuvent être alors désastreuses pour les occupants dans le cas d'un bâtiment, ou susceptibles d'amplifier le phénomène initiateur par effet domino dans le cas d'équipements industriels contenant des produits dangereux. Dans le cadre du développement de la sécurité industrielle, il est donc apparu très tôt la nécessité de caractériser les effets des explosions malgré leur complexité apparente.
La majorité des méthodes pour évaluer les conséquences d'une explosion sont issues du domaine militaire et s'appuient sur des résultats d'essais. Cependant, ces méthodes empiriques trouvent rapidement leurs limites dans le cas des explosions de gaz. En effet, elles ne prennent pas en compte de nombreux facteurs influents sur la violence de l'explosion tels que la nature des gaz, la turbulence, le confinement par les parois ou l'encombrement généré par les obstacles. C'est pourquoi de nombreuses recherches ont été entreprises depuis plus de deux décennies pour mieux comprendre les mécanismes en jeu et améliorer ainsi les méthodes de prédiction des effets associés. Ceux-ci permettront ensuite de définir des mesures de protection par un dimensionnement adapté. Parallèlement à ces travaux de recherche, la disponibilité d'ordinateurs toujours plus performants a permis le développement d'outils de modélisation spécifiques, notamment à travers les calculs de mécaniques des fluides qui permettent désormais de prendre en considération une grande partie des phénomènes physiques relatifs à une explosion de gaz.
La caractérisation des niveaux de pression subis par les individus ou par les structures peut être désormais corrélée à une fréquence grâce à l'approche par analyse des risques quantifiée. Cette approche permet de concevoir des structures résistantes à des événements rares plus optimisées sans pour autant construire systématiquement des blockhaus.
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Phénomènes d'explosion et effets associés
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6. Conclusion et perspectives
Les explosions de gaz sont des phénomènes complexes très aléatoires tant au niveau de leur probabilité d'occurrence que des effets qu'elles peuvent produire.
Les recherches effectuées ces dernières décennies ont permis des avancées majeures aussi bien au niveau de la compréhension des différents facteurs influant sur leur intensité qu'au niveau de la modélisation avec les logiciels. Il est désormais possible de modéliser macroscopiquement avec des outils variés les effets d'une explosion à l'air libre pour en évaluer les effets. L'intégration de la démarche probabiliste, dans les études, permet dorénavant d'en limiter le conservatisme et d'avoir une vision plus globale du risque relatif aux explosions, notamment pour le dimensionnement.
Il subsiste cependant un certain nombre de difficultés à surmonter pour modéliser plus précisément le processus de combustion à l'échelle microscopique et notamment la turbulence et l'interaction du front de flamme avec les obstacles, notamment lorsque ceux-ci sont partiellement dans le nuage inflammable. La puissance de calcul requise pour modéliser le phénomène simultanément à différentes échelles demeure encore à ce jour incompatible avec une utilisation sur des projets.
Le recours aux logiciels de dynamique des fluides ne doit pas être systématique et il convient d'utiliser des moyens de calculs en adéquation avec la problématique posée. Ainsi, selon qu'il s'agisse de déterminer simplement des zones de dangers ou de déterminer les surpressions pour le dimensionnement d'une structure résistante, les outils utilisés ne seront pas les mêmes.
Cependant, il n'existe pas encore de méthodes simplifiées pour traiter un certain nombre de configurations pour lesquelles le recours aux calculs sophistiqués reste l'unique solution. L'ingénieur doit avoir constamment en tête que les résultats obtenus dépendent alors du niveau d'information fourni et de la compréhension des phénomènes physiques.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TM5-1300 – Structures to resist the effect of accidental explosion. - DEPARTMENT OF THE ARMY, nov. 1990.
-
(2) - GUSTIN (J.-L.) - Explosions en phase condensée. - [SE 5 040] Sécurité et gestion des risques.
-
(3) - GUSTIN (J.-L.) - Risque d'explosion de gaz. - [SE 5 020] Sécurité et gestion des risques.
-
(4) - GUSTIN (J.-L.) - Risque d'explosion de poussières – Caractérisation. - [SE 5 030] Sécurité et gestion des risques.
-
(5) - GUSTIN (J.-L.) - Risque d'explosion de poussières – prévention et protection. - [SE 5 031] Sécurité et gestion des risques.
-
(6) - LANNOY (A.) - Analyse des explosions air-hydrocarbure en milieu libre. - EDF, Bulletin de la direction des études et recherches...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ARIA – Base de données des accidents technologiques. Ministère de l'écologie, de l'énergie du développement durable et de l'aménagement du territoire (MEEDDAT) http://www.aria.developpement-durable.gouv/
HAUT DE PAGE
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
OpenFOAM – The Open Source CFD Toolbox. OpenCFD Limited, UK http://www.opencfd.co.uk
HAUT DE PAGE
AFNOR EUROCODE 1 : Actions sur les structures – Partie 1–7 : Actions générales – Actions accidentelles, EN 1991-1-7 (juillet 2006).
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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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