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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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Conclusion et perspectives
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5. Évaluation des actions d'explosion sur les structures
5.1 Préambule
Il a été décrit dans les paragraphes précédents les différentes méthodes disponibles permettant d'évaluer les surpressions en champ libre suite à une explosion. Cependant les valeurs ainsi déterminées ne sont pas directement applicables pour le dimensionnement des structures.
En effet, l'écoulement de l'onde de pression est fortement perturbé au voisinage des obstacles et le chargement en pression effectivement appliqué à une structure est sensiblement différent de celui en champ libre. Il est donc nécessaire de caractériser l'interaction de l'onde avec les obstacles afin d'obtenir les actions de calcul exploitables pour le dimensionnement.
Seules les méthodes numériques (CFD) décrites précédemment permettent de prendre en compte directement les obstacles et ainsi d'obtenir directement les actions d'explosion sur les structures, notamment pour les configurations complexes.
L'étude de l'interaction « onde/structure » est encore trop souvent source d'incompréhension, voir de ratés dans un projet, malgré son importance car elle nécessite en amont les compétences relatives au métier de la sécurité et de la mécanique des fluides et en aval les compétences relatives aux structures et à la mécanique des solides.
Afin de clarifier ces choses, il est donc nécessaire de s'attarder sur les différentes notions relatives aux surpressions avant de proposer quelques méthodes simplifiées.
Bien que les effets directs, liés au passage de l'onde de pression soit prépondérants pour la majeure partie des structures, en raison de leur surface d'exposition, il est cependant nécessaire d'évaluer également les effets indirects de l'explosion, c'est-à-dire les vibrations transmises à la structure mais aussi les déplacements différentiels induits, notamment pour les structures les plus massives.
il ne sera pas traité l'effet des projections secondaires entraînées par l'onde de pression même si les conséquences associées peuvent être aussi importantes que les surpressions.
5.2 Surpressions appliquées sur les structures (effets directs)
Il a été vu précédemment qu'une explosion génère une surpression...
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Évaluation des actions d'explosion sur les structures
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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