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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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Explosions in the vicinity of hazardous sites, are rare phenomena however with fast kinetics which makes them difficult to predict. The sometimes devastating impacts of an explosion are characterized by a pressure wave of high intensity however short in duration. This article deals with the methods which allow for the assessment of the consequences of an explosion, methods which were firstly developed in the military sector. However, as certain parameters affecting the violence of the phenomenon were not taken into consideration, these methods have only partially solved gas explosion issues. Research work has allowed, via specific modeling tools and in particular the calculation of fluid mechanics, the taking e into account of a major part of the physical phenomena related to gas explosions.
Auteur(s)
-
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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Approche probabiliste des explosions de gaz – aléa explosion
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3. Détermination des surpressions en champ libre
3.1 Préambule
L'évaluation des effets d'une explosion de gaz sur l'environnement ou sur une structure consiste principalement à caractériser le champ de surpressions provoqué par la propagation de l'onde de surpression depuis la source de l'explosion.
L'onde de surpression aérienne qui se propage depuis le lieu de l'explosion est appelée surpression incidente ou en champ libre. Il s'agit de la surpression d'explosion sans interférence avec d'éventuels obstacles qui peuvent modifier les caractéristiques de l'écoulement, et notamment induire des phénomènes d'amplification locaux.
L'onde de surpression se décompose en deux termes dont les effets peuvent être sensiblement différents au niveau des obstacles :
-
une surpression « statique » ou « souffle » au sens de la mécanique des fluides, c'est-à-dire sans mouvement des particules d'air. Elle engendre des efforts importants par diffraction autour des structures ;
-
une surpression « dynamique » ou « vent d'explosion », au sens de la mécanique des fluides, traduisant l'entraînement des particules d'air suite au passage de la surpression « statique ». Elle engendre des efforts de traînée sur les structures.
La notion de surpression « statique » est souvent une source de confusion entre mécaniciens des fluides, chargés des simulations d'explosion et les mécaniciens du solide, chargés du dimensionnement des structures, car elle peut être interprétée à tort comme une surpression appliquée de manière constante dans le temps par ces derniers. Il est donc indispensable de s'assurer, en début de projet, que le vocable est compris par tous les intervenants.
En général, la surpression dynamique est déterminée ultérieurement en vue de l'étude de l'interaction de l'onde avec les obstacles, car elle est directement liée à la surpression statique.
Il existe différentes approches plus ou moins élaborées pour modéliser les explosions selon la complexité de l'installation et le niveau de détail recherché. À l'aide de ces différentes méthodes, il est alors possible de caractériser en tout point de l'espace la surpression incidente qui permettra :
-
soit de définir les zones de dangers dans le cadre d'une étude de dangers réglementaire ;
-
soit de...
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Détermination des surpressions en champ libre
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.
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(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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