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RÉSUMÉ
Les explosions de gaz en milieu confiné sont des accidents domestiques ou industriels fréquents. Cet article présente les caractéristiques techniques des mélanges gazeux inflammables permettant l’évaluation du risque d’explosion de gaz en milieu industriel et la vérification de la conformité des installations aux normes réglementaires. L’accent est mis sur la recherche des données d’inflammabilité des gaz dans la littérature et sur les méthodes de calcul permettant l’obtention des informations spécifiques nécessaires pour atteindre un haut niveau de sécurité dans les industries de procédé.
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Jean-Louis GUSTIN : Consultant en sécurité des procédés - Ancien expert sécurité des procédés de Rhône-Poulenc, Rhodia, Solvay, Lyon, France
INTRODUCTION
Les explosions de gaz en milieu confiné sont des accidents domestiques ou industriels fréquents et souvent spectaculaires. Les explosions de gaz résultent de l’inflammation d’un gaz dans une enceinte ou un milieu confiné. L’inflammation est possible si la composition du gaz ou du mélange gazeux est inflammable et si une source d’inflammation est présente. L’inflammabilité d’un mélange gazeux est donc déterminée par sa composition, les conditions environnementales, la température, la pression, l’enceinte où il se trouve, le type et l’intensité des sources d’amorçages présentes. Pour écarter le risque d’explosion de gaz, il faut connaître et maîtriser toutes ces conditions.
Les données d’inflammabilité des gaz ou vapeurs de carburants dans l’air sont bien souvent limitées à des données réglementaires fournies dans des conditions standard qui ne correspondent pas aux conditions du procédé considéré. Mais à partir de ces informations limitées, il est possible de recalculer les informations recherchées dans les conditions spécifiques du procédé.
Dans le présent article, la recherche des données d’inflammabilité et des données réglementaires sur les gaz carburants d’une part, et les méthodes de calcul permettant l’adaptation des limites d’inflammabilité dans l’air aux conditions environnementales et aux mélanges de carburants d’autre part, seront développées. La même attention sera portée à l’étude des auto-inflammations en phase gazeuse. En vue de passer à la mise en œuvre industrielle, il est toujours nécessaire de faire des vérifications expérimentales directes ou indirectes, mais le travail expérimental nécessaire s’en trouve fortement allégé.
Trois types d’explosion de gaz peuvent être distingués en fonction de leur mode de propagation et des effets de pression observés : l’explosion homogène, la déflagration et la détonation. Les différents modes de propagation des explosions de gaz et leurs conditions de prévalence seront décrits.
Lorsqu’une phase gazeuse est inflammable, il se pose la question des effets de pression de l’explosion dans une enceinte. Les informations caractéristiques des déflagrations sont la surpression maximale d’explosion Pmax (bar G) et la violence de l’explosion caractérisée par le KG (bar · m · s–1). Ces données sont connues pour un petit nombre de gaz carburants dans l’air et pour quelques gaz instables. L’utilisation de ces données de Pmax et KG sera développée dans l’article [SE 5 021] consacré à la prévention des explosions de gaz et à la protection des enceintes contre des surpressions excessives, par des évents d’explosion ou des suppresseurs d’explosion.
Enfin, nous décrirons les appareils permettant la détermination expérimentale des limites d’inflammabilité des gaz et vapeurs carburants dans l’air ou dans une atmosphère comburante, que l’on peut trouver dans un laboratoire de sécurité des procédés très bien équipé. Ils consistent en des appareils de mesure des points d’éclair, une sphère de 20 L résistant à la pression permettant la réalisation d’explosions de gaz, un appareil de mesure des températures d’auto-inflammation de gaz et de liquides suivant la norme.
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- Version archivée 1 de avr. 2002 par Jean-Louis GUSTIN
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Moyens d’étude
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3. Détonations en phase gazeuse
3.1 Nature du phénomène
Selon Van Tiggelen et De Soete , c’est la vitesse supersonique de propagation qui permet de considérer la détonation comme une modalité particulière de l’explosion. Dans la plupart des cas, un même mélange gazeux explosif est capable de déflagrer et de détoner, et ce sont les conditions opératoires qui déterminent l’une ou l’autre forme d’explosion.
On peut donc s’attendre à ce que les conditions opératoires aient une grande influence sur les limites de détonation, notamment, la composition du gaz, la pression, la taille et la forme de l’enceinte, la nature des parois, la nature et la position de la source d’amorçage.
Un montage favorisant le développement d’une détonation consiste à opérer dans un tube suffisamment long, fermé à une extrémité et ouvert à l’autre, en allumant le mélange gazeux au voisinage de l’extrémité fermée, comme dans le fut d’un canon.
Il est plus difficile d’initier une détonation dans une enceinte sphérique avec une source d’amorçage placée au centre de la sphère. On peut donc distinguer la propagation de l’onde de détonation plane unidimensionnelle dans un tube de celle de l’onde de détonation sphérique. La première est plus facile à initier que la seconde en termes d’énergie de la source d’amorçage.
Cependant, pour l’expérimentateur, il n’est pas juste de dire que tous les gaz peuvent également détoner. Certains mélanges gazeux sont connus pour détoner facilement dans des tubes ou des enceintes de petites dimensions, alors que d’autres mélanges ne peuvent pas détoner parce que les conditions expérimentales nécessaires ne peuvent pas être réunies.
Au laboratoire, pour savoir si un mélange gazeux inflammable détone dans un tube, on mesure la vitesse ou célérité de la détonation et on la compare avec la célérité calculée avec la théorie de Chapman-Jouguet. Si la célérité...
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Détonations en phase gazeuse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - INRS - Les mélanges explosifs. - Ibid., Partie 1 : Gaz et Vapeurs, ED 911, ISBN 2-7389-1183-8 (1994) (2004) http://www.inrs.fr/
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(2) - MEDARD (L.) - Les explosifs occasionnels. - Technique et Documentation, Éd. Lavoisier, ISBN 9782743003715 (1987) (1999).
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(3) - COWARD (H.F.), JONES (G.W.) - Limits of flammability of gases and vapors. - Bulletin 503, Bureau of Mines, Washington (1952).
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(4) - ZABETAKIS (M.G.) - Flammability characteristics of combustible gases and vapors. - Bulletin 627, Bureau of Mines, US Department of the Interior (1965).
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(5) - MASHUGA (C.O.), CROWL (D.A.) - Application of the flammability diagrams for evaluation of fire and explosion hazards of flammable vapors. - AIChE 32nd Loss Prevention Symposium, New Orleans, LA (1998).
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(6) - GUSTIN (J.-L.) - Safety...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Encyclopédie des gaz, l’air liquide https://www.airliquide.com/fr/media/lencyclopedie-gaz
Application sous IOS pour Ipad et Iphone https://itunes.apple.com/fr/app/encyclopedie-des-gaz/
Application sous Androïd http://www.mediachimie.org/ressource/lencyclop%C3%A9die-des-gaz
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NF EN 60079-20-1 (06-10), Atmosphères explosives – Partie 20-1 : Caractéristiques des substances pour le classement des gaz et des vapeurs – Méthodes et données d’essai https://www.afnor.org/
CEI 60079-20-1 (2010), Atmosphères explosives – Partie 20-1 : Caractéristiques des substances pour le classement des gaz et des vapeurs – Méthodes et données d’essai http://www.afnor.org
EN 13673 (2003), Détermination de la pression maximale d’explosion et de la vitesse maximale de montée en pression des gaz et vapeurs
NFPA 68 (1978), Standard on explosion protection by deflagration venting, National fire protection association
NFPA 68 (2002), Guide for Venting of Deflagrations, National fire protection association
NFPA 68 (2007), Standard...
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