Le risque d explosion CNE MERENI J.
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- Virginie Dumont
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1 Le risque d explosion CNE MERENI J.
2 Définition Les paramètres physico-chimiques les risques Typologie des explosions
3 Qu est-ce qu une explosion? Quelle peut être son origine? Quelles en sont les conséquences?
4 Définition d une explosion : Une explosion est «la transformation rapide d un système matériel donnant lieu à une forte émission de gaz, accompagnée éventuellement d une émission de chaleur importante (INRS)» Elle peut être pneumatique, nucléaire, chimique. Nous traiterons essentiellement dans ce cours des explosions chimiques, qui s apparentent à des combustions violentes et soudaines.
5 Les paramètres physico-chimiques : Les états de la matière Les 2 régimes d explosion Le domaine d explosivité Point éclair point de flamme point d auto inflammation point d ébullition point de fusion La densité La stœchiométrie Les seuils
6 État de la matière et changement d état :
7 L état de la matière est fonction de : La température La pression Exemple de l eau
8 Exemple du propane
9 L explosion d un mélange gazeux peut prendre 2 formes : DEFLAGRATION L onde de combustion se déplace par conductibilité thermique, la vitesse est de l ordre du m/s avec une surpression modérée (4 à 10 bars) Nécessite un mélange stœchiométrique. DETONATION La Pression et la T varient de façon discontinue avec formation d une onde de choc se déplaçant à des vitesses supersoniques (km/s) et la surpression peut atteindre 20 à 30 bars
10 LIE : La Limite Inférieure d Explosivité ou d Inflammabilité d un gaz ou d une vapeur dans l air est la concentration maximale en volume dans le mélange au-dessus de laquelle il peut être enflammé LSE : La Limite Supérieure d Explosivité ou d Inflammabilité d un gaz ou d une vapeur dans l air est la concentration maximale en volume dans le mélange au-dessous de laquelle il peut être enflammé
11 Substance LIE LSE Acétone 3 % 13 % Acétylène 2,5 % 82 % Ammoniac 15,5 % 27 % Benzène 1,2 % 7,8 % Butane 1,8 % 8,4 % Éthanol 3 % 19 % Éthylbenzène 1,0 % 7,1 % Éthylène 2,7 % 36 % Diéthyléther 1,9 % 36 % Gazole 0,6 % 6,5 % Gaz naturel 5 % 15 % Heptane 1,05 % 6,7 % Hexane 1,1 % 7,5 % Substance LIE LSE Hydrogène 4,1 % 74,8 % Kérosène 0,6 % 4,9 % Méthane 5,0 % 15 % Monoxyde de carbone 12,5 % 74,2 % Octane 1 % 7 % Pentane 1,5 % 7,8 % Propane 2,1 % 9,5 % Propylène 2,0 % 11,1 % Styrène 1,1 % 6,1 % Sulfure d hydrogène 4,3 % 46 % Toluène 1,2 % 7,1 % White-spirit 0,6 % 8 % Xylène 1,0 % 7,0 %
12 L intervalle d explosivité (LIE- LSE) augmente lorsque la T augmente Le point éclair est voisin de la T à laquelle la pression de vapeur saturante permet d atteindre la LIE
13 Définitions : POINT ECLAIR POINT DE FLAMME POINT D AUTO INFLAMMATION POINT D EBULLITION (PE) POINT DE FUSION (PF) T à laquelle on observe l inflammation au dessus d un liquide en présence d une flamme pilote (l inflammation cesse quand on retire la flamme) T à laquelle on observe l inflammation au dessus d un liquide en présence d une flamme pilote (l inflammation continue quand on retire la flamme) = point éclair + 2 ou ) Le feu est continuellement alimenté par des vapeurs combustibles. Le combustible continue de brûler tout seul. Température suffisante pour déclencher spontanément des réactions d oxydations, provoquer leur accélération et atteindre l explosion. Le combustible (gaz) s enflamme tout seul sous l effet de la température. Ex : méthane 550 C Température la plus élevée que peut atteindre un corps avant de s évaporer. Cette température se calcule à la pression atmosphérique. Température à laquelle une substance passe de l état solide à l état liquide sous la pression atmosphérique.
14 DENSITE : La densité d un gaz est le rapport entre la masse molaire du gaz et la masse molaire de l air (29 g/mol). Substance DENSITE hydrogène méthane 0.55 propane 1.53 butane 2 chlore 2.46
15 STOECHIOMETRIE La stœchiométrie est atteinte lorsque la répartition du combustible et du comburant est exactement proportionnelle à celle écrite lorsque l on équilibre la réaction de combustion. C est le mélange donnant le meilleur rendement. Il permet la détonation Cs = coefficient stœchiométrique Cs = nombres de mole de combustible / nombre de moles total dans l équation de combustion (attention, il faut prendre en compte les molécules de N 2 même si elles ne réagissent pas)
16 Les seuils : FLUX THERMIQUE SURPRESSION SEI (seuil des effets irréversibles) SEL (seuil des effets létaux 1% mortalité) SELS (seuil des effets létaux significatifs 5% mortalité) 3 KW/m 2 50 mbar 5 KW/m mbar 8 KW/m mbar
17 Les risques les plus courants : La fuite de gaz sur réseau (PGR) Les bouteilles de gaz Les réservoirs de gaz les transports de GPL Les bouteilles d acétylène Les engrais (ammonitrates)
18 Fuite de gaz sur réseau : Cours LAFAYETTE à LYON en février Bilan : 1 mort (SP) 2 blessés graves et 38 blessés légers Les effets : Flux thermique surpression Effets missiles
19 Fuite de gaz sur réseau : Voir ODO intervention sur réseau GAZ et PGR
20 Fuite de gaz sur réseau : HP (haute pression) > 25 bars (TRANSPORT) Acier MPC (moyenne pression C) MPB (moyenne pression B) MPA (moyenne pression A) BP (Basse pression) 4 bar jusqu à 25 bars 400 mbar jusqu à 4 bars 50 jusqu à 400 mbar En voie de disparition 0 à 50 mbar Alimente directement les appareils domestiques Acier PE jusqu à 8 bar Acier PE Acier - PE - Fonte Acier - PE Fonte -
21 Fuite de gaz sur réseau :
22 Fuite de gaz sur réseau : Le méthane est inodore Mercaptan : Famille de composés organiques soufrés dégageant une forte odeur désagréable qui persiste même dans le cas d'une faible concentration dans l'air. Ils sont utilisés pour odoriser le gaz naturel Tétrahydrothiophène (THT) : Odorisant de synthèse pour le gaz naturel Le mercaptan n est plus utilisé aujourd hui dans le gaz naturel (méthane, CH4) en raison de ses propriétés corrosives qui dégradent les conduites de gaz
23 Les bouteilles de gaz : Chez les particuliers, le propane est généralement stocké à l extérieur et le butane à l intérieur. Conditionnement en bouteilles 6 kg / 10 kg / 13 kg / 35 kg La couleur des bouteilles ne correspond pas au gaz et ne permet pas de les différencier.
24 Les bouteilles de gaz : Bouteille de propane Bouteille de butane (réservoirs véhicules GPL = mélange des 2) Propane C 3 H 8 Butane C 4 H 10 Point d ébullition -44 C 0 C LIE 2,4 1,8 LSE 9,3 8,8 TENSION de VAPEURS à 20 C 10 bars (danger) 2 bars
25 Les bouteilles de gaz : Ex du BUTANE pour une mesure avec un QRAEII : L appareil indique une valeur de 20 % de la L.I.E Le facteur de correction est de 2 Nous sommes en présence d une atmosphère à : 20*2 = 40 % de la L.I.E du BUTANE Ex du Propane pour une mesure avec un QRAEII : L appareil indique une valeur de 20 % de la L.I.E Le facteur de correction est de 1.6 Nous sommes en présence d une atmosphère à : 20*1.6 = 32 % de la L.I.E du PROPANE
26 Les réservoirs de propane extérieur : Généralement utilisé pour le chauffage des particuliers Peut être aérien ou enterré Des soupapes de sécurité équipent les réservoirs
27 Les transports de GPL sur route : 1965 = butane ou propane Les organes de service des réservoirs doivent être protégés par un capot ou par tout autre dispositif équivalent
28 Les transports de GPL sur voie ferrée : Les wagons transportant des gaz liquéfiés (GPL et autres) sont repérés par une bande orange de 30 cm de largeur qui entoure le réservoir à mi-hauteur.
29 Les bouteilles d acétylène : Voir ITOP 008 SDIS42 Formule chimique C2H2 Bouteille de couleur MARRON CLAIR Gaz extrêmement inflammable et instable Odeur d ail LIE : 2.2 % LSE : 82 % d 1
30 Les bouteilles d acétylène : Il se décompose en hydrogène et en carbone sous l effet de la pression et de la température Dans les bouteilles, le gaz est dissous dans un solvant : l acétone + matière spongieuse. Dans ces conditions, il peut être stocké à 20 bars.
31 Particularité des engrais : Voir ITOP 010 SDIS42. Explosion de Saint- Romain-en-jarez en 2003 (3 tonnes d ammonitrates)
32 Le nitrate d ammonium (ou ammonitrate) : Formule chimique : NH4NO3 Comburant Solubilité qui varie avec la T : g l -1 (0 C) g l-1 (40 C) g l-1 (100 C) T fusion = 170 C T ébullition = se décompose à partir de 210 C Il se décompose sous l effet de la chaleur en oxydants puissants. Peut exploser en présence d autres produits notamment les hydrocarbures
33 Les différents types d explosion : Le BLEVE L UVCE Le BOILOVER L explosion de poussières
34 Le BLEVE : Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion (Explosion de vapeurs en cours d expansion, émises par un liquide en ébullition) De manière générale, ce type d explosion concerne : Les gaz inflammables liquéfiés sous pression Les gaz d un liquide ou mélange liquide porté à ébullition dans une enceinte close qui suite à une décompression rapide sont le siège d une ébullition explosive LE BLEVE concerne donc des produits initialement en phase liquide
35 Le BLEVE : 1.surchauffe d un liquide ou gaz liquéfié dans un réservoir clos 2.élévation importante de la pression 3.création d une brèche (endroit fragilisé ou dépassement de résistance mécanique) 4.Perte de conditionnement soudaine : la pression interne redescend et provoque l ébullition 5.dégagement à l intérieur de très grandes quantités de vapeurs 6.Le contenant étant inadapté, il explose
36 Les effets du BLEVE : Flux thermique - boule de feu Onde de choc surpression Effets missiles voir vidéo «BLEVE 1» et «BLEVE 2» sur SPIRAL CONNECT FOS NRBC bibliothèque MULTIMEDIA ( )
37 L UVCE : «Unconfined Vapor Cloud Explosion» = explosion de nuage gazeux en milieu non confiné (ou semiconfiné) 1.nuage de gaz de vapeur inflammable provoquée par une fuite 2.allumage de ce nuage sur un point chaud 3.explosion plus ou moins rapide en fonction de la concentration en gaz 4.éventuellement propagation géographique de l incendie L UVCE peut être le résultat d une fuite de gaz sur réseau
38 Le BOILOVER : explosion d un bac de stockage de liquides inflammables pris dans un incendie, du fait de la vaporisation d une masse d eau présente au fond du bac.
39 Les effets du BOILOVER : Flux thermique - boule de feu Violentes projections de combustible
40 L explosion de poussières : Création d un mélange explosif air / poussières qui est mis en contact en milieu confiné avec l énergie d activation de la réaction de combustion. Les explosions de poussières reposent sur un facteur principal : la division du combustible. Augmentation de la surface spécifique des poussières (interface combustible comburant) 1.réalisation d un nuage stable 2.produits concernés : matières organiques (sucre, farine, charbon) ou non (métaux, aluminium) 3.ignition du nuage formé ou atteinte température auto-inflammation 4.explosion : onde de surpression
41 L explosion de poussières : 6 conditions : hexagone de l explosion de poussières Pour le domaine d explosivité : on parle de concentration minimale explosive. S apparente à la LIE d un gaz mais pour les poussières
42 Explosion d un silo de céréales à BLAYE en 1997 : 11 morts Bris de vitres jusqu à 500 m Projection > 100 m 28 cellules du silo sur les 44 sont détruites
43 Conclusion : LES EFFETS Effets thermiques surpression Effets missiles LES RISQUES Brulures, blast, plaies, traumatismes LES MOYENS DE PROTECTION Les EPI, la distance, les écrans (mobilier urbain), l ARICO
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