Aide à l application de la réglementation ATEX. établissements d enseignement supérieur) J. CHAINEAUX Jacques.chaineaux@ineris.

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1 Aide à l application de la réglementation ATEX (pour une amélioration de la sécurité dans les établissements d enseignement supérieur) J. CHAINEAUX Jacques.chaineaux@ineris.fr

2 Sommaire Phénoménologie des explosions d ATEX Rappel sur la réglementation ATEX et sur son application Dimensionnement des zones ATEX Cas d un épandage accidentel de liquide Cas d une fuite de gaz sous pression

3 Sommaire Phénoménologie des explosions d ATEX Rappel sur la réglementation ATEX et sur son application Dimensionnement des zones ATEX Cas d une fuite de gaz sous pression Cas d un épandage accidentel de liquide

4 Le Phénomène d explosion Définition d une explosion Cas d une explosion d ATEX

5 Le Phénomène d explosion Deux régimes de propagation la déflagration la détonation

6 Le Phénomène d explosion Amorçage de l explosion par une source d inflammation flammes nues (briquet, chalumeau, brûleur ) travaux de meulage (étincelles mécaniques) étincelles électriques (contacteurs, moteurs ) électricité statique (surtout pour les gaz et vapeurs) surfaces chaudes (fours, pièces mécaniques qui frottent et s échauffent ) auto-inflammation d un dépôt de poussières combustibles

7 Le Phénomène d explosion Effets d une explosion effets thermiques effets mécaniques : onde de surpression aérienne projection de débris

8 Le Phénomène d explosion Etat des substances impliquées dans une explosion d ATEX gaz inflammables liquides inflammables solides pulvérulents

9 Le Phénomène d explosion Une substance combustible (ou inflammable) est caractérisée par : son oxydabilité sa chaleur de combustion H ses limites d explosivité (LIE/LSE), son point d éclair (pour un liquide) sa température d auto-inflammation (TAI) son énergie d inflammation (EMI) ses conditions d explosion en milieu confiné

10 Le Phénomène d explosion Combustion de l acétone dans l air : C 3 H 6 O + 4 O ,08 N 2 = 3H 2 O + 3CO ,08 N 2 + ( H = kj/kg) La teneur en acétone d un mélange acétone-air stoechiométrique vaut : Cst = 1/( ,08) = 5 % mol. ou % vol. Un tel mélange est «inflammable» ou «explosif»

11 Le Phénomène d explosion La prévention des explosions d ATEX consiste à supprimer l une des conditions nécessaires à l occurrence d une explosion : Présence du combustible, Présence du comburant (inertage), Proportions comburant/combustible en dehors du domaine d explosivité : dilution à l air du combustible Suppression des sources d inflammation

12 Le Phénomène d explosion L inertage, c est la limitation de la teneur en comburant par introduction d un gaz inerte (N 2, CO 2 ), dans des conditions contrôlées Caractéristique de concentration limite en oxygène (CLO)

13 Diagramme ternaire d explosivité 100 % Combustible LSE LIE A C 100 % Air 100 % Inerte Formation GP SUP 18 juin /89

14 Conditions de l inertage 100 % Combustible LSE LIE A B 100 % Air C 100 % Inerte Formation GP SUP 18 juin /89 CLO = 0,21 x CLA = 0,21.(teneur en air au point C)

15 Le Phénomène d explosion La suppression de toutes les sources d inflammation actives permet d empêcher les explosions d ATEX La mise en œuvre de ce principe exige de n installer que des matériels électriques et non-électriques de catégorie qui ne soient pas une source d inflammation des ATEX (conformément à l arrêté ) La prévention des décharges électrostatiques demeure cependant difficile, d autant plus que ce phénomène peut mettre en cause les opérateurs

16 Le Phénomène d explosion Il existe différents moyens de protection contre les effets des explosions : matériel résistant à la surpression, protection par évent d explosion protection par suppresseur d explosion dispositifs d isolement

17 8 P (bar) 7 (tex,pex) 6 5 α tg α = (dp/dt)ex t (ms) Courbe pression-temps, obtenue au cours de l explosion d un mélange air-ch 4, à 10 % vol de CH 4, enflammé au centre d un récipient sphérique de 2 m 3 Formation GP SUP 18 juin /89

18 Le Phénomène d explosion La protection par évent Elle consiste à limiter la pression développée dans un confinement par une explosion, en déchargeant les gaz d explosion à travers un orifice (évent) La pression résiduelle ne doit pas dépasser la pression maximale admissible dans le confinement

19 Le Phénomène d explosion

20 Le Phénomène d explosion Un arrête-flamme (AF) permet d arrêter la flamme se propageant dans une ATEX gazeuse contenue dans une canalisation.

21 Le Phénomène d explosion Un système d isolement permet d empêcher la propagation de la flamme d une explosion Il est installé dans une canalisation qui relie deux parties d une même installation On distingue différents systèmes d isolement : Les arrête-flammes Les vannes d isolement Les écluses rotatives

22 Le Phénomène d explosion Parmi les vannes d isolement, on distingue : des systèmes à activer (vannes à fermeture rapide) des systèmes passifs (vannes VENTEX, écluses rotatives)

23 Sommaire Phénoménologie des explosions d ATEX Rappel sur la réglementation ATEX et sur son application Dimensionnement des zones ATEX Cas d un épandage accidentel de liquide Cas d une fuite de gaz sous pression

24 La réglementation ATEX DEUX DIRECTIVES ATEX: Directive 94/9/CE : concerne le rapprochement des législations des États membres pour les appareils et les systèmes de protection utilisés en atmosphères explosives Directive 1999/92/CE :concerne les prescriptions minimales visant à améliorer la protection en matière de sécurité et de santé des travailleurs susceptibles d être exposés au risque d atmosphères explosives (15 ème directive particulière de la directive 89/391/CEE) Formation GP SUP 18 juin /89

25 La réglementation ATEX Au niveau français décret (ministère chargé de l industrie) : appareils et systèmes de protection destinés à être utilisés en ATEX décrets et (code du travail, art. R ) et 3 arrêtés (8 et du 28 juillet 2003) : protection des travailleurs Formation GP SUP 18 juin /89

26 La réglementation ATEX Au niveau français l arrêté du 28 juillet qui modifie les conditions d installation des matériels électriques en zone ATEX (remplace l arrêté du 19 décembre 1988) l arrêté du 8 juillet qui complète les dispositions sur la protection des travailleurs exposés aux risques des ATEX et sur le classement en zones ATEX l arrêté du 8 juillet 2003 sur la signalisation des zones ATEX EX Formation GP SUP 18 juin /89

27 La réglementation ATEX Exigences réglementaires Evaluation des risques d explosion Classification en zones ATEX Document relatif à la protection contre les explosions Mesures de prévention/protection contre les explosions, de nature technique ou organisationnelle Dispositions particulières pour les appareils Formation GP SUP 18 juin /89

28 La réglementation ATEX Pour évaluer les risques d explosion, il faut tenir compte : des propriétés des produits mis en œuvre, de la nature des procédés et des installations exploités, de la probabilité de formation des ATEX de la probabilité d inflammation des ATEX de l étendue des conséquences de l inflammation des ATEX Formation GP SUP 18 juin /89

29 La réglementation ATEX Notion de zone ATEX Classement selon la fréquence et la durée de présence des ATEX Le classement doit aussi tenir compte de l intensité des effets attendus de l inflammation d une ATEX : «un emplacement où une ATEX peut se présenter en quantités telles que des précautions spéciales sont nécessaires est considéré comme dangereux au sens de la réglementation» Formation GP SUP 18 juin /89

30 La réglementation ATEX Six zones ATEX sont définies : zones 0, 1 et 2 pour les ATEX dangereuses formées à partir d un gaz, d une vapeur ou d un aérosol, zones 20, 21 et 22 pour les ATEX dangereuses formées à partir d un pulvérulent Formation GP SUP 18 juin /89

31 La réglementation ATEX Zone 0 ou 20 emplacements où une ATEX dangereuse est présente en permanence ou pendant de longues périodes ou fréquemment Formation GP SUP 18 juin /89

32 La réglementation ATEX Zone 1 ou 21 emplacements où une ATEX dangereuse est susceptible de se présenter occasionnellement en fonctionnement normal Formation GP SUP 18 juin /89

33 La réglementation ATEX Zone 2 ou 22 emplacements où une ATEX dangereuse n'est pas susceptible de se présenter en fonctionnement normal ou, si elle se présente néanmoins, n'est que de courte durée Formation GP SUP 18 juin /89

34 La réglementation ATEX Le document relatif à la protection contre les explosions doit faire apparaître : que les risques d explosion ont été déterminés et évalués que des mesures adéquates seront prises pour atteindre les objectifs de protection quels sont les emplacements classés en zones Formation GP SUP 18 juin /89

35 La réglementation ATEX Les mesures de prévention/protection Elles peuvent être organisationnelles : formation des travailleurs exposés aux risques d explosion instructions écrites et autorisation d exécuter certains travaux (consignes, procédures, permis de feu...), y compris pour les entreprises intervenantes ou techniques : prévention des ATEX par la ventilation ou l aspiration à la source et par un contrôle de l atmosphère des locaux prévention des ATEX par l inertage prévention de l inflammation des ATEX par la suppression de toutes les sources d inflammation (y compris celles d origine électrostatique) Formation GP SUP 18 juin /89

36 La réglementation ATEX Les mesures de prévention/protection Elles peuvent être techniques : prévention des ATEX par la ventilation ou l aspiration à la source et par un contrôle de l atmosphère des locaux prévention des ATEX par l inertage prévention de l inflammation des ATEX par la suppression de toutes les sources d inflammation (y compris celles d origine électrostatique) protection contre les effets des explosions au moyen de différents systèmes (évents d explosion, suppresseurs d explosion, systèmes d isolement, arrête-flamme) utilisation de détecteurs et d alarmes Formation GP SUP 18 juin /89

37 Logigramme du guide européen sur la directive 1999/92/CE OUI OUI Ensuite OUI Mesures de protection nécessaires NON D'autres mesures sont nécessaires Ensuite NON D'autres mesures sont nécessaires Y a-t-il des substances inflammables? [chap ] Une ATEX peut-elle se former par une répartition suffisante dans l'air [chap ] Où une ATEX peut-elle se former? [chap ] La formation d'une ATEX dangereuse est-elle possible? [chap ] Limiter autant que possible la formation d'atex dangereuses! NON NON NON Peut-on empêcher de manière fiable la formation d'une ATEX dangereuse? [chap ] Peut-on empêcher de manière fiable l'inflammation d'une ATEX dangereuse? [chap ] OUI Comment un espace contenant une ATEX dangereuse peut-il être délimité en zones? Eviter les sources d'inflammation actives selon le découpage en zones de l'espace contenant une ATEX dangereuse OUI Réduire les effets des explosions à un niveau innoffensif Aucune mesure de - protection n'est nécessaire Aucune mesure de protection n'est nécessaire Aucune mesure de protection n'est nécessaire Aucune autre mesure de protection nécessaire Aucune autre mesure de protection nécessaire -

38 La réglementation ATEX Y a-t-il des substances inflammables? Pulvérulents Nature, oxydabilité (essai ATD/ATG), données de la littérature Liquides Point d éclair Gaz Formation GP SUP 18 juin /89

39 La réglementation ATEX Une ATEX peut-elle se former par une répartition suffisante dans l air? Envisager toutes les situations possibles Normales et anormales (dysfonctionnement), Toutes les phases de fonctionnement (démarrage, arrêt, maintenance ) Décrire précisément chaque situation Tenir compte du retour d expériences d accident Formation GP SUP 18 juin /89

40 La réglementation ATEX Où une ATEX peut-elle se former? Expliciter les conditions de formation de l ATEX Normales et anormales (dysfonctionnement), Formation d ATEX à l air libre ou en milieu confiné Formation GP SUP 18 juin /89

41 La réglementation ATEX La formation d une ATEX dangereuse est-elle possible? Une ATEX dangereuse est une «ATEX qui se présente en quantités telles que des précautions spéciales sont nécessaires» (autrement dit : si des précautions spéciales ne sont pas mises en œuvre, le risque est laissé en l état et il ne peut pas être considéré comme maîtrisé; les exigences de la réglementation ne sont alors pas satisfaites) Formation GP SUP 18 juin /89

42 La réglementation ATEX La formation d une ATEX dangereuse est-elle possible? Critères d appréciation de la dangerosité de l ATEX dépend du volume de l ATEX (plus le volume est grand plus l ATEX sera dangereuse) dépend aussi de l emplacement relatif de l ATEX par rapport aux travailleurs Formation GP SUP 18 juin /89

43 La réglementation ATEX Evaluation de la dangerosité des ATEX Un travailleur qui n est soumis qu au rayonnement d une ATEX est peu exposé ; en revanche, il est très vulnérable au contact avec la flamme d une ATEX La flamme d une ATEX occupera, en fin de combustion un volume environ 10 fois plus grand que le volume initial de l ATEX ; la dangerosité dépend en premier lieu de son volume V La dangerosité dépend aussi de la vulnérabilité du poste de travail par rapport aux différents types d effet (thermiques ou mécanique) ainsi que de l emplacement relatif de l ATEX et du poste de travail Formation GP SUP 18 juin /89

44 La réglementation ATEX Evaluation de la dangerosité des ATEX Le guide européen suggère qu un ATEX n est dangereuse que si : V > 10 litres ou V/v > (v est le volume du confinement dans lequel se produit l explosion de l ATEX) Formation GP SUP 18 juin /89

45 La réglementation ATEX Evaluation de la dangerosité des ATEX La règle des 10 litres est assez grossière La règle du 1/10000 ème ne vaut que pour les effets de surpression produits à l intérieur d un local où se produit l explosion d une ATEX l explosion d une ATEX dans un confinement de volume v < 10 litres peut faire éclater le confinement Formation GP SUP 18 juin /89

46 La réglementation ATEX Peut-on empêcher de manière fiable la formation d une ATEX dangereuse? Diminution de la température de mise en œuvre d un liquide inflammable suffisamment en dessous de son point d éclair Ventiler un local de travail à un débit suffisant pour ne pas dépasser 25 % LIE du gaz ou de la vapeur considéré (10 % LIE s il y a présence de personnel) Pulvérulents : nettoyage des locaux de travail par aspiration à la source (pas de soulèvement) Formation GP SUP 18 juin /89

47 La réglementation ATEX Peut-on empêcher de manière fiable la formation d une ATEX dangereuse? Dans une installation confinée, mettre en œuvre la technique de l inertage Mettre en œuvre un mélange combustible comburant inerte dont la composition se situe au-delà de la LSE n est pas une mesure fiable car la dilution à l air du mélange conduit à la formation d une ATEX Formation GP SUP 18 juin /89

48 La réglementation ATEX Comment un espace contenant une ATEX dangereuse peut-il être délimité en zones? Le classement en zone découle directement de l analyse du risque explosion et il ne doit donc pas être fait a priori Le classement en zone sert à la définition des emplacements où doivent être installés les matériels électriques et non-électriques qui ne doivent pas être une source d inflammation des ATEX Formation GP SUP 18 juin /89

49 La réglementation ATEX Appareils pouvant être installés en zone ATEX : Les appareils installés en zone doivent être conformes aux catégories prévues par le décret (transposition de la directive ATEX 94/9/CE) zones 0 ou 20 : zones 1 ou 21 : zones 2 ou 22 : catégorie 1, G ou D catégorie 1 ou 2, G ou D catégorie 1, 2, ou 3, G ou D Formation GP SUP 18 juin /89

50 La réglementation ATEX Comment un espace contenant une ATEX dangereuse peut-il être délimité en zones? Certaines références font état d une correspondance entre type de zone et du rée de persistance de l ATEX Zone 0 Formation GP SUP 18 juin /89 > 1000 heures/an Zone 1 10 < heures/an < 1000 Zone 2 1 < heures/an < 10 NC < 1 heure/an Cette notion de durée a l inconvénient de ne pas tenir compte des activités saisonnières, etc.

51 Sommaire Phénoménologie des explosions d ATEX Rappel sur la réglementation ATEX Dimensionnement des zones ATEX Cas d un épandage accidentel de liquide Cas d une fuite de gaz sous pression

52 Dimensionnement des zones ATEX Il faut partir de la physique du phénomène à l origine de la formation de l ATEX Cas d un milieu confiné : ATEX présente dans la totalité du volume d un récipient Evaporation d un solvant au cours du séchage d une peinture Cas d un milieu ouvert : Liquide inflammable répandu Fuite d un gaz inflammable Formation GP SUP 18 juin /89

53 Dimensionnement des zones ATEX Dimensionnement forfaitaire Plusieurs normes existent Gaz/Liquides : NF EN Pulvérulents : NF EN Elles proposent un dimensionnement forfaitaire Ceci présente l inconvénient de sur-dimensionner les zones, voire de les surclasser. Par exemple, pour un épandage accidentel dans un endroit «peu ventilé», un classement en zone 1 est proposé alors que, s agissant d un dysfonctionnement, un classement en zone 2 suffit Formation GP SUP 18 juin /89

54 Dimensionnement des zones ATEX Formation GP SUP 18 juin /89

55 Dimensionnement des zones ATEX Cas de la norme NF EN Elle introduit la notion d un volume théorique Vz qui est le volume maximal de l ATEX formée pour une source de dégagement de débit (dg/dt)max donné Vz n a pas de réalité physique dans la mesure où sa définition ignore l existence d un champ de concentration à partir d une source de dégagement ponctuelle, par exemple un orifice de fuite Formation GP SUP 18 juin /89

56 Dimensionnement des zones ATEX où Formation GP SUP 18 juin /89 ( dg / dt) Vz = f max C k LIE T 293 (dg/dt) max est le débit maximal de dégagement de la source (en kg/s) T est la température ambiante (en Kelvin) C est le nombre de renouvellements d air frais (en h -1 ) de l emplacement de l ATEX LIE est la LIE du gaz ou de la vapeur concernée (en kg/m 3 ) k est un facteur de sécurité compris entre 0,25 et 0,5 qui dépend du degré de dégagement de la source f est un facteur de sécurité compris entre 1 et 5, qui dépend de l efficacité de la ventilation

57 Sommaire Phénoménologie des explosions d ATEX Rappel sur la réglementation ATEX Dimensionnement des zones ATEX Cas d un épandage accidentel de liquide Cas d une fuite de gaz sous pression

58 Cas d un épandage accidentel de liquide Dimensionnement de l ATEX formée La situation dans laquelle un liquide inflammable est répandu sur le sol ) ou contenu dans un récipient ouvert à l air libre et à l origine de la formation d une ATEX Les conditions de formation d une ATEX à partir des vapeurs émises en milieu ouvert par un liquide inflammable sont d abord liées à la température T du liquide comparé à son Pt d éclair PE : une ATEX se forme certainement à la surface du liquide si T > PE C est le cas pour un liquide dont le PE est inférieur à la température ambiante ; C est aussi le cas pour un liquide dont le Pt d éclair est supérieur à la température ambiante mais qui est mis en œuvre à T > PE Formation GP SUP 18 juin /89

59 Cas d un épandage accidentel de liquide Dimensionnement de l ATEX formée En milieu fermé, la paramètre à considérer est la température limite inférieure d explosivité (T LIE ) Si le liquide est contenu dans un récipient fermé et si la phase liquide est présente, il s établit un équilibre liquide-vapeur qui est tel que la pression de vapeur saturante Psat ne dépend que de la température T du liquide Si la température du liquide est connue, on peut calculer la concentration des vapeurs dans le ciel : Formation GP SUP 18 juin /89 [C] T = p vap / P atm, La concentration des vapeurs dans le ciel augmente lorsque T augmente

60 Cas d un épandage accidentel de liquide Cas de l acétone (PE = -20 C) LSE = 13 % LIE = 2.6 % Concentration (en % dans l'air) TLIE = - 22 C Température du liquide (en C) TLSE = 7 C Teb = 56 C Formation GP SUP 18 juin /89

61 Cas d un épandage accidentel de liquide Liquides Point d éclair TLIE TLSE Acétone -20 C -22 C 7 C Hexane -22 C - 26 C 4,5 C Ethanol 12 C 11 C 41,5 C Si la température ambiante est contrôlée et voisine de 20 C, une ATEX est présente en permanence seulement dans le cas de l éthanol. Formation GP SUP 18 juin /89

62 Cas d un épandage accidentel de liquide Si au contraire, le liquide est contenu dans un récipient ouvert, aucun équilibre ne peut s établir Le liquide s évapore Le débit d évaporation du liquide dépend d un certain nombre de paramètres Pour caractériser le volume V de l ATEX formée, il faut accéder au débit d évaporation du liquide Formation GP SUP 18 juin /89

63 Cas d un épandage accidentel de liquide L INERIS a réalisé en 2006, avec le concours de l INRS, une campagne de mesures d évaporation de 3 liquides (acétone, n- hexane et éthanol), contenus dans un bac rectangulaire de 1 m 2, soumis à un vent horizontal de 0,3 ou 0,9 m/s Simultanément, des mesures de concentration de l atmosphère présente sous le vent du bac ont été effectuées Formation GP SUP 18 juin /89

64 Dispositif expérimental Formation GP SUP 18 juin /89

65 Cas d un épandage accidentel de liquide Cette campagne d essais a permis d établir la formule empirique suivante qui donne le débit d évaporation q d un liquide contenu dans un récipient, en fonction de certains paramètres Formation GP SUP 18 juin /89

66 Cas d un épandage accidentel de liquide où : q est le débit d évaporation du liquide (en kg/h) M est la masse molaire du liquide (en g) ( Ts) 0,4 Psat q = 5( 1-7,5d) S v M Patm S est la surface de la flaque de liquide, ou la surface de l ouverture du récipient contenant le liquide (en m 2 ), d est la distance entre le plan de l ouverture du récipient et le niveau du liquide dans le récipient (en m), v est la vitesse de l air à la surface du liquide ou dans le plan de l ouverture du récipient (en m/s). Elle doit être comprise entre 0,3 et 1 m/s, Ts est la température du liquide à sa surface (en K) Psat est la pression de vapeur saturante du liquide à la température Ts (en Pa), P atm est la pression atmosphérique (en Pa) Formation GP SUP 18 juin /89

67 Cas d un épandage accidentel de liquide Simultanément aux mesures de débit d évaporation, l INERIS a effectué des mesures de concentration La LIE est atteinte à proximité immédiate de la surface du liquide et du bord du bac, mais dès que l on s éloigne sous le vent du bac, la concentration en vapeur passe nettement en dessous de la LIE Formation GP SUP 18 juin /89

68 Dispositif expérimental Sens du flux d'air Bac 1 m² Y = 0 X = 0 mm O X=150 mm X=350 mm IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 Y= -500 mm Y=250 mm X= 750 mm Y= 750 mm Y= 1000 mm X= 1550 mm Formation GP SUP 18 juin /89 X= 2500 mm

69 Cas d un épandage accidentel de liquide 3 2,6 LIE 2,5 Essai n 5 - acétone - V=0,9 m/s - (y=0 ; z=0) Essai n 5 - acétone - V=0,9 m/s - (y=0,25 ; z=0) c (% vol.) 2 1,5 Essai n 5 - acétone - V=0,9 m/s - (y=0 ; z=0,05) Essai n 5 - acétone - V=0,9 m/s - (y=0,25 ; z=0,05) 1 0,5 0,05 VME 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Formation GP SUP 18 juin /89 x (m)

70 3 2,6 LIE 2,5 Essai n 6 - acétone - V=0,3 m/s - (y=0 ; z=0) Essai n 5 - acétone - V=0,9 m/s - (y=0 ; z=0) 2 c (%vol.) 1,5 1 0,5 0,05 VME 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 x (m) Formation GP SUP 18 juin /89

71 Cas d un épandage accidentel de liquide où : RT Q = 100 kq S M LIE Q est le débit de ventilation (en Nm 3 /h) q est le débit d évaporation du liquide (en kg/h.m 2 ) S est la surface de la flaque (en m 2 ) R est la constante des gaz, soit 0,082 atm x l T est la température de l air (en K) M la masse molaire du liquide (en g) LIE est la LIE du liquide (en % vol.) k est un coefficient de sécurité valant entre 1 et 10 Formation GP SUP 18 juin /89

72 Sommaire Phénoménologie des explosions d ATEX Rappel sur la réglementation ATEX Dimensionnement des zones ATEX Cas d un épandage accidentel de liquide Cas d une fuite de gaz sous pression

73 Cas d une fuite de gaz La situation dans laquelle un gaz inflammable est contenu sous pression dans un confinement et où il est déchargé dans l air ambiant à travers un orifice de fuite, est à l origine de la formation certaine d une ATEX Formation GP SUP 18 juin /89

74 Cas d une fuite de gaz Soit un gaz inflammable contenu dans un confinement (bouteille, canalisation ) sous la pression P et soit un orifice de fuite circulaire de diamètre D Canalisation sous pression P d un gaz inflammable Orifice de fuite circulaire de diamètre D Formation GP SUP 18 juin /89

75 Cas d une fuite de gaz Le gaz est déchargé sous la forme d un jet qui, selon la valeur de P est subsonique ou supersonique (supercritique), Ce jet est plus ou moins turbulent, de sorte que le gaz se mélange avec l air dans les turbulences du jet et forme une ATEX Formation GP SUP 18 juin /89

76 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée : les paramètres dont dépendent la forme et le volume de l ATEX formée doivent être identifiés si le gaz est déchargé en champ libre, c est-à-dire en absence d obstacles, la concentration en gaz du mélange air-gaz suit une loi de décroissance hyperbolique sur l axe du jet il existe un point de l axe du jet où la concentration en gaz est égale à la LIE Formation GP SUP 18 juin /89

77 LSE = c (% vol.) 20 LIE = 4 0 x LSE x LIE x

78 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée : dans un plan perpendiculaire à l axe du jet, la concentration en gaz du mélange air-gaz décroît en fonction de la distance à l axe du jet, suivant une loi de Gauss les paramètres dont dépendent la forme et le volume de Formation GP SUP 18 juin /89

79 LIE x LIE

80 Cas d une fuite de gaz Orifice de fuite Emplacement de la zone de mélange de l air et du gaz où il n y a pas d ATEX parce que le gaz y est trop dilué Emplacement de la zone de mélange de l air et du gaz où une ATEX est présente Axe du jet Canalisation sous pression de gaz Emplacement de la zone de mélange proche de l orifice de fuite où il n y a pas d ATEX parce que le gaz y est trop concentré Lieu des points où la concentration en gaz est égale à la LIE Formation GP SUP 18 juin /89

81 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée les dimensions de l ATEX ne dépendent pas du temps (le volume de l ATEX reste constant si la pression dans la canalisation reste constante) les dimensions de l ATEX ne dépendent que : o de la nature du gaz inflammable o de la pression de ce gaz dans la canalisation o de la section de l orifice de fuite Formation GP SUP 18 juin /89

82 Cas d une fuite de gaz L INERIS a développé dans les années 90 un modèle (EXPLOJET) qui permet de calculer le champ de concentration crée par la fuite en champ libre, de même que le volume d ATEX V et le débit massique du jet. Formation GP SUP 18 juin /89

83 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée dans le cas du méthane sous P = 200 bar et pour D = 0,1 mm : distance à la LIE sur l axe du jet : x LIE = 14 cm distance maximale à la LIE dans un plan perpendiculaire à l axe du jet : y LIE = 1 cm volume de l ATEX : V = 23 cm 3 débit volumique du jet : q =1,38 Nm 3 /h débit massique du jet : q = 0,3 g/s Formation GP SUP 18 juin /89

84 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée dans le cas du méthane sous P = 200 bar et pour D = 1 mm : distance à la LIE sur l axe du jet : x LIE = 1,4 m distance maximale à la LIE dans un plan perpendiculaire à l axe du jet : y LIE = 10 cm volume de l ATEX : V = 23 dm 3 débit volumique du jet : q =138 Nm 3 /h débit massique du jet : q = 30 g/s Formation GP SUP 18 juin /89

85 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée dans le cas de l hydrogène sous P = 200 bar et pour D = 1,13 mm (1 mm 2 ): distance à la LIE sur l axe du jet : x LIE = 5,5 m distance maximale à la LIE dans un plan perpendiculaire à l axe du jet : y LIE = 37 cm volume de l ATEX : V = 1,4 m 3 Formation GP SUP 18 juin /89

86 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée : si le gaz n est pas déchargé en champ libre, c est-à-dire si le jet rencontre un obstacle, la forme de l ATEX change son volume ne change pas tant que c est de l air pur (non chargé de gaz) qui est entraîné dans le jet Formation GP SUP 18 juin /89

87 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée : pour certaines conditions géométriques de l obstacle (obstacle concave), ce n est plus de l air pur qui est entraîné dans le jet mais de l air qui s enrichit progressivement en gaz le volume de l ATEX peut alors augmenter au cours de la fuite Formation GP SUP 18 juin /89

88 Cas d une fuite de gaz Caractérisation de l ATEX formée : c est là que la ventilation du local doit être prise en compte cette ventilation doit être suffisante pour que, en fonction du débit de fuite, il ne puisse pas s accumuler d ATEX dans le local Formation GP SUP 18 juin /89

89 Cas d une fuite de gaz Le débit de ventilation Q doit être tel que : Q 100 q k /LIE où LIE est la LIE du gaz inflammable (en % vol.) Q est le débit de ventilation du local en (Nm 3 /h) q est le débit volumique de fuite (en Nm 3 /h) k est un coefficient de sécurité généralement pris égal à 4 s il n y a pas de poste de travail à proximité et à 10 dans le cas contraire Formation GP SUP 18 juin /89