1 Aide à l application de la réglementation ATEX R.LODEL

1

Aide à l ’application de la

réglementation ATEX

R.LODEL

2

La réglementation ATEX

L ’application de la réglementation concerne plusieurs aspects :

– Aspects réglementaires

– Aspects phénoménologiques

– Aspects méthodologiques

3

Aspects réglementaires

4


Le cadre réglementaire est le code du travail

L ’objectif est l ’amélioration de la santé et de la sécurité des travailleurs exposés aux risques des ATEX

L ’objectif diffère de celui de la réglementation ICPE (protection de l ’environnement)

5


En matière de protection des travailleurs, le cadre général est : – au niveau européen la directive

89/391/CEE sur l ’amélioration de la santé et de la sécurité des travailleurs,

– au niveau français, la loi de 91 sur la sécurité au travail et le décret du 5 novembre 2001 (code du travail, art. L.230-2 et suiv.)

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Les textes sont ceux qui transposent en droit français les directives européennes 94/9/CE et 1999/92/CE :

le décret 96-1010 (ministère chargé de l ’industrie), sur les appareils et systèmes de protection destinés à être utilisés en ATEX, transpose la directive 94/9/CE

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plusieurs textes de transposition de la directive 1999/92/CE modifient ou complètent le code du travail : – les décrets 2002-1553 et 1554, modifiant l ’art.

R232-12-23 sur les dispositions concernant la prévention des explosions dans les lieux de travail,

– un arrêté du 8 juillet 2003

EX

sur la signalisation des zones ATEX

8

Aspects réglementaires plusieurs textes de transposition de la directive

1999/92/CE modifient ou complètent le code du travail :– l ’arrêté du 28 juillet modifie les conditions

d ’installation des matériels électriques en zone ATEX (remplace l ’arrêté du 19 décembre 1988)

– un arrêté du 8 juillet complète les dispositions sur la protection des travailleurs exposés aux risques des ATEX et sur le classement en zones ATEX

la circulaire du 6 août 2003 commente l ’arrêté du 28 juillet

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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

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Évaluation des risques d’explosion

Il faut tenir compte (art. R232-12-26) :– 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

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Champ d ’application

Sont concernées toutes les installations où des produits combustibles sont mis en œuvre et où des ATEX peuvent se former (y compris celles exploitées par les PMI/PME)

La réglementation exclut explicitement les appareils à gaz, dont en particulier les chaudières

Cependant, les chaufferies abritant les appareils à gaz sont bien dans le champ de la réglementation ATEX

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Classification en zones ATEX (art. 3 de l ’arrêté du 8/7/03)

définition des zones selon la fréquence et la durée de présence des ATEX

la classification 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»

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Classification en zones ATEX

six zones sont définies :

emplacements dangereux :– zones 0, 1 et 2 pour les ATEX gazeuses,– zones 20, 21 et 22 pour les ATEX poussiéreuses,

la notion d ’emplacement non-dangereux, définie dans la directive ATEX 1999/92/CE n ’a pas été reprise dans le texte français

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Zone 0 ou 20

emplacements où une ATEX est présente en permanence ou pendant de longues périodes

ou fréquemment

15


Zone 1 ou 21

emplacements où une ATEX est susceptible de se présenter occasionnellement en

fonctionnement normal

« fonctionnement normal » signifie que les installations sont utilisées conformément à

leurs paramètres de conception

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Zone 2 ou 22

emplacements où une ATEX n'est pas susceptible de se présenter en fonctionnement

normal ou, si elle se présente néanmoins, n'est que de courte durée

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Document relatif à la protection contre les explosions

il doit faire apparaître, entre autres (art. R232-12-29) :– 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

il doit être prêt pour le 01/07/06 et mis à jour régulièrement

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Mesures de prévention/protection (art. 5 à 15 de l ’arrêté du 8/7/03)

Les mesures de prévention/protection contre les explosions peuvent être organisationnelles ou techniques

Les mesures organisationnelles (art. 5 et 6) sont les suivantes :

– 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

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Mesures de prévention/protection

Mesures techniques (art. 7 à 15) :–prévention de la formation des ATEX par la

ventilation ou l’aspiration à la source et par un contrôle de l ’atmosphère des locaux

–prévention de la formation des ATEX par inertage

–prévention de l ’inflammation des ATEX par la suppression de toutes les sources d ’inflammation actives (y compris celles d ’origine électrostatique)

20

Mesures de prévention/protection

Mesures techniques (suite) :–protection contre les effets des explosions

au moyen de différents systèmes»évents d ’explosion,»suppresseurs d ’explosion, »systèmes d ’isolement, »arrête-flammes

–utilisation de détecteurs et d’alarmes

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Critères de sélection des appareils et systèmes de protection

(art 16 de l ’arrêté du 8/7/03)

Les appareils installés en zone doivent être conformes aux catégories prévues par le décret 96 -1010 (transposition de la directive ATEX 94/9/CE) – zones 0 ou 20 : catégorie 1, G ou D– zones 1 ou 21 : catégorie 1 ou 2, G ou D– zones 2 ou 22 : catégorie 1, 2, ou 3, G ou D

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Dispositions particulières pour les appareils

Clause de réserve :

l ’équivalence zone/catégorie doit être appliquée, « sauf dispositions contraires prévues par le document relatif à la protection contre les explosions... fondé sur l’évaluation des risques… »

Cette réserve concernerait au moins les appareils non-électriques mis en œuvre après le 01/07/03

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Dates d’application

les risques doivent être évalués depuis le 01/07/2003

Les lieux de travail déjà utilisés avant juillet 2003 doivent être conformes :– à l ’art . R. 232-12-26 du code du travail (risques

évalués depuis le 1/7/03)– aux art. R 232-12-23 à 29 du code du travail à partir

du 1/7/06– aux prescriptions minimales de l ’arrêté du 8/7/03

depuis le 1/7/06

24


Les lieux de travail utilisés pour la première fois après juillet 2003 doivent être conformes :– aux art. R232-12-23 à 29 du code du travail, dès

leur mise en service– aux prescriptions minimales de l ’arrêté du 8/7/03

dès leur mise en service

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Les équipements de travail déjà utilisés avant juillet 2003 doivent être conformes :– depuis le 1/7/03 aux prescriptions minimales de la

section 2 (visant à améliorer la protection des travailleurs) de l ’arrêté du 8/7/03

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Les équipements de travail utilisés pour la première fois après juillet 2003 doivent être conformes– dès leur mise en service, aux prescriptions

minimales des sections 2 (visant à améliorer la protection des travailleurs) et 3 (critères de sélection des appareils et systèmes de protection) de l ’arrêté du 8/7/03

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les équipements de travail exploités pour la 1ère fois après le 01/07/2003 doivent être marqués ATEX et conformes aux catégories prévues par le décret 96-1010

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les installations électriques qui n ’étaient pas conformes à l ’arrêté du 19/12/88 doivent être conformes à l ’arrêté du 28/7/03 depuis cette date

les installations électriques qui étaient conformes à l ’arrêté du 19/12/88,

– sont présumées conformes jusqu ’au 1/7/06– cette conformité demeure pourvu qu ’elle soit validée dans le document relatif à la protection contre les explosions

29


les installations électriques nouvelles doivent être conformes à l ’arrêté du 28/7/03 dès leur mise en service

30

Difficultés d ’application de la réglementation

il existe un guide de bonne pratique européen, à caractère non-contraignant, destiné à aider les assujettis à appliquer la réglementation

ce guide ne propose aucune méthode d ’évaluation des risques et ne précise pas comment les probabilités de formation et d’inflammation des ATEX doivent être évaluées

31

Guide de bonne pratique européen

Cependant ce guide propose un logigramme qui présente la démarche d ’évaluation des risques de façon simple et logique

Chaque étape du logigramme fait référence à l ’un des chapitres du guide

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La formation d'une ATEXdangereuse est-elle possible ?[chap. 2.2.4.]

Aucune mesure deprotection n'estnécessaire

-



-

Réduire les effets des explosions à un niveauinnoffensif

Y a-t-il des substancesinflammables ? [chap. 2.2.1.] NONOUI

Une ATEX peut-elle se former parune répartition suffisante dans l'air[chap. 2.2.2.]

NONOUI

Où une ATEX peut-elle se former ?[chap.2.2.3.]

Limiter autant que possible la formationd'ATEX dangereuses !

Peut-on empêcher de manière fiablela formation d'une ATEXdangereuse ? [chap. 2.2.5]NON

Peut-on empêcher de manière fiablel'inflammation d'une ATEXdangereuse ? [chap. 2.2.6]

OUINON

Eviter les sources d'inflammation activesselon le découpage en zones de l'espace

contenant une ATEX dangereuse

D'autresmesures sontnécessaires

Mesures deprotectionnécessaires

D'autresmesures sontnécessaires

OUI NON

Ensuite

Comment un espace contenant une ATEXdangereuse peut-il être délimité en zones?Ensuite

Aucune autremesure deprotectionnécessaire

Aucune autremesure deprotectionnécessaire

OUI

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Des textes anciens encore en vigueur (arrêtés de 09/67, 11/72 et 11/75 - ministère industrie) imposent une classification en zones et un dimensionnement forfaitaire de ces zones

Les zones sont définies selon la présence d ’un gaz ou d ’une vapeur combustible et non pas selon la présence d ’une ATEX

Les zones poussiéreuses ne sont pas définies

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Ces textes ne sont pas cohérents avec les textes de la réglementation ATEX

De même, l ’arrêté du 31/03/80 (ministère de l ’environnement) ne définit que deux types de zones ATEX pour les gaz et les vapeurs, mais pas pour les poussières

L ’arrêté du 29/07/98 introduit 3 zones poussières pour les silos

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Protection des travailleurs exposésaux effets des explosions d ’ATEX

Protection de l ’environnementexposé aux effets dedifférents phénomènesdont les explosions d ’ATEX

Réglementation ATEX(Code du travail)

Réglementation ICPE(Code de l ’environnement et

autres textes)

2 réglementations parallèles

Prise en compte des scénarios (dont les majorants) produisant des effets sur l ’environnement, dont l ’explosion d ’ATEX

Prise en compte des scénarios ex-posant les travailleurs à des blessu-res même légères et tenant compte de l ’expérience de l ’exploitation

Classement en 3 zones gaz et 3 zones poussières des emplacements où des ATEX dangereuses peuvent se former (arrêté du 8 juillet 2003)dimensionnement réaliste des zones, fondé sur la physique des phénomènes à l ’origine des ATEX

Dimensionnement forfaitaire

Classement en 2 zones gaz (ar. du 31/3/80) ou 3 zones pous-sière (arrêté silo) des emplace-ments où des ATEX peuvent se former ; pour industrie pétrolière classement en 2 zones de type gaz (arrêtés de 67, 72 et 75)

Démarche d ’évaluation des risques formalisée dans le « document relatif à la protection contre les explosions »

Démarche d ’évaluation des risques formalisée dans « l’ étude des dangers »

La démarche est probabiliste et tient compte des mesures de prévention de la formation et de l ’inflammation des ATEX

La démarche est encore très déterministe : les mesures de prévention de l ’inflammation des ATEX ne sont pas toujours prises en compte

Démarches différentes

Définition différente des zones

Dimensionnementdifférent des zones

Nécessité commune d ’évaluation

des risques

Objectifs différents

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Aspects phénoménologiques

37

Le phénomène d ’explosion

Une explosion est l ’évolution rapide d ’un système avec libération d ’énergie et production d ’effets mécaniques et éventuellement thermiques

L ’énergie libérée peut avoir une origine physique ou chimique

38

Le phénomène d ’explosion

Deux types d ’explosion correspondent à une énergie libérée d ’origine physique :– la rupture d ’un récipient pressurisé par un gaz– la vaporisation brutale d ’un liquide surchauffé

Deux types d ’explosion correspondent à une énergie libérée d ’origine chimique :– l ’explosion d ’une ATEX– l ’explosion qui résulte d ’un emballement thermique

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L’explosion physique

La rupture (l ’éclatement) d ’un récipient pressurisé par un gaz génère différents types d ’effet :– l ’émission d ’une onde de choc– la projection des débris du récipient

Du fait de sa rapidité, le phénomène s ’apparente à la détonation d ’un explosif

40

L’explosion physique

La vaporisation brutale d ’un liquide surchauffé est un phénomène qui se produit généralement– dans l ’industrie métallurgique– dans les chaudières ou récipients contenant des

gaz liquéfiés (bleve) l ’énergie libérée est proportionnelle à

– la masse du liquide vaporisé– la différence entre la température initiale du liquide

et sa température d ’ébullition

41

L’explosion chimique

L ’énergie libérée est l ’enthalpie d ’une réaction chimique exothermique :– soit c ’est l ’enthalpie d ’une réaction chimique

» de décomposition d ’un produit instable» entre un ou plusieurs réactifs (emballement thermique)

– soit c ’est l ’enthalpie de la réaction de combustion dans l ’air d ’un produit combustible : le mélange réactionnel est une atmosphère explosive (ATEX) constituée d ’un produit combustible à l ’état de gaz, de vapeur ou de poussière dispersée dans l ’air

42

Explosion d ’une ATEX L ’énergie libérée est l ’enthalpie de la réaction

de combustion dans l ’air d ’une substance « oxydable » ou « combustible » ou « inflammable »– cas d ’une substance hydrocarbonée :

22tzyx )N2

z

4

y3,77(x)O

2

z

4

y(xNOHC

– cas d ’un métal ou d ’un métalloïde M :

0)H( N2y

3,77OMN2y

3,77O2y

xM 2yx22 Δ

0)H(N4

y3,77H

2

yxCO 2 22

2t

)2z

( xO

43

Oxydabilité d ’une substancesolide

L ’oxydabilité s ’apprécie d ’après les résultats d ’un essai d ’ATD/ATG (analyse thermique différentielle/thermogravimétrique),

une substance facilement oxydable montre un pic exothermique en-dessous de 250°C,

une substance hydrocarbonée s ’oxyde en perdant du poids (formation d ’oxydes gazeux, H2O et CO2) ; un métal s ’oxyde en gagnant du poids (formation d ’oxydes métalliques).

44

AIR , AZOTE .....

ANALYSEDES GAZ

BALANCE

T FOUR = DE 25 A 800°C

VITESSE DE CHAUFFE = DE 0,5 A 5°C / min

Substance témoin

Échantillon

ATD - ATG

ANALYSE THERMIQUE DIFFERENTIELLE

ANALYSE THERMIQUE GRAVIMETRIQUE

45

2

ATD - ATG

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Température du témoin ( °C )

Dif

fére

nce

de

tem

pér

atur

e en

tre

l'éc

han

till

on e

t le

tém

oin

(°C

)

90

95

100

105

110

115

120

125

130

135

Po

ids

(%

)

46

Mécanisme de l ’explosion

Les produits de la réaction sont des gaz (CO2, H2O, N2) ; du fait de l ’énergie libérée, ces gaz sont portés à température élevée (plusieurs milliers de K)

En absence de confinement, il se produit une expansion des gaz brûlés

En espace confiné, il se produit une augmentation de la pression des gaz brûlés dans le confinement

47


Pour que l ’explosion puisse s ’amorcer, le système doit recevoir localement un minimum d ’énergie : c ’est l ’énergie d ’inflammation, apportée par la source d ’inflammation (c ’est aussi l ’énergie d ’activation de la réaction de combustion)

La réaction démarre localement : les produits de la réaction (gaz brûlés ou gaz de combustion) sont portés à haute température dans une zone mince appelée « flamme »

48

Les sources d ’inflammation

Sources d ’inflammation les plus fréquentes :– 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

49

Les sources d ’inflammation

Autres sources d ’inflammation :– compression adiabatique d ’une ATEX gazeuse– foudre– courants vagabonds– produits pyrophoriques– rayonnement haute fréquence– rayonnement optique– rayonnement ionisant

50


Dans une explosion d ’ATEX, la réaction de combustion est amorcée localement et se propage à l ’ensemble du système

On distingue deux régimes distincts de propagation d ’une explosion :– la déflagration– la détonation

51

Caractérisation des substances combustibles

Une substance combustible 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

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Cas des gaz et vapeurs

Combustion de l ’acétone dans l ’air :

2263 N15,08 4OOHC

La teneur en acétone d ’un mélange acétone-air stoechiométrique vaut :

Cst = 1/(1+4+15,08) = 5 % mol. ou % vol.

Un tel mélange est « inflammable » ou « explosif »

)kJH(N15,08 3H3CO 2 22 1 6 9 2 OAir)(19,08

53


Si, à un mélange stoechiométrique air-acétone, on ajoute un excès d ’air, l ’excès d ’air diminue la température de la flamme

Pour une valeur limite de l ’excès d ’air, la flamme est trop refroidie et ne peut plus se propager : la Limite Inférieure d ’Explosivité (LIE) est atteinte

Cette valeur vaut LIE = 2,6 % vol. (soit près de 1/2 Cst)

54


Il existe également une limite supérieure d ’explosivité (LSE)

Le domaine de concentration entre LIE et LSE est le domaine d ’explosivité

55


Quelques valeurs de LIE et LE dans l ’air

Combustible LIE (% vol.) LSE (% vol.) Hydrogène 4 75

Ethylène 2,7 36

Propane 2,2 9,5

Méthane 5 15

Acétone 2,6 12,8

Oxyde d’éthylène 3 100

56


Interaction température/limites d ’explosivité :– une augmentation de la température diminue la LIE

et accroît la LSE– Pour les liquides inflammables, on a recours à la

notion de Température Limite Inférieure d ’Explosivité (TLIE), dont la valeur est inférieure au point d ’éclair

– Pour les températures les plus élevées, le phénomène d ’auto-inflammation se produit et on introduit la température d ’auto-inflammation (TAI)

57Teneur en combustible

Courbe d'équilibre liquide-vapeur

TLSE

TLIE

LIE LSEStoechio.

Domaine des auto-inflammations

TAI

Pt d'éclair

Droites de variation des LIE et LSEen fonction de la température

LIET1 LSET1T1

Intervalled'inflammabilité à T1

Température

M

58


L ’énergie d ’inflammation est minimale (EMI) pour une composition voisine de la stoechiométrie,

Elle varie selon les produits, mais elle est toujours inférieure à 1 mJ

59


Au cours de l ’explosion d ’une ATEX gazeuse en milieu confiné, la pression dans le confinement varie selon la courbe p(t) ci-après,

Deux valeurs sont remarquables :– la pression maximale d ’explosion Pex,– la vitesse maximale de montée en pression

(dp/dt)ex

60

(tex,Pex)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 100 200 300 400 500 600 700

t (m s )

P (b a r )

Courbe pression-temps, obtenue au cours de l’explosion d’un mélange air-CH4, à 10 % vol de CH4, enflammé au centre d’un récipient sphérique de 2 m3

tg = (dp/dt)ex

61


De même, sur l ’étendue du domaine d ’explosivité, la courbe de variation de (dp/dt)ex=f(c) présente également un maximum, soit (dp/dt)max

on définit la grandeur KG = (dp/dt)max . V1/3, où V est le volume du récipient d ’essai

réputée indépendante de V, KG croît avec V

62

Cas des poussières combustibles

Par rapport aux gaz et vapeurs, certaines caractéristiques d ’inflammabilité et d ’explosivité sont particulières aux poussières combustibles

granulométrie : une poussière ne peut former une ATEX que si sa granulométrie moyenne est suffisamment fine (300 m au plus)

LIE : elle dépend de l ’énergie d ’inflammation et vaut quelques dizaines de g/m3

63


EMI : elle est comprise entre 10 mJ et 10 J selon les produits (pour les valeurs les plus faibles, l ’inflammation par électricité statique est possible),

Teneur limite en oxygène (LOC) : comme pour les gaz et liquides hydrocarbonés, elle vaut 10% avec N2 comme gaz inerte (voir inertage), mais elle est plus faible pour les poussières métalliques

64

Comme pour les gaz, la valeur de Pmax est un peu inférieure à 10 bar,

De même, on définit : Kst = (dp/dt)max . V1/3

Selon la valeur de Kst, on définit la classe de la poussière : 0 < Kst < 200 Classe St1

200 < Kst < 300 Classe St2

300 < Kst Classe St3


65

Comme pour les gaz, on définit la TAI d ’un nuage de poussières,

On définit également la TAI d ’une couche de poussière ; elle est d ’autant plus faible que l ’épaisseur de la couche est grande et toujours inférieure à la TAI de la poussière en nuage


66

La prévention des explosions d ’ATEX

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,– proportions comburant/combustible appartenant au

domaine d ’explosivité– présence d ’une source d‘ inflammation.

67


La suppression totale du combustible est la solution idéale

Pour un liquide inflammable, il suffit de le mettre en œuvre à une température inférieure à sa TLIE

68


La suppression du combustible peut aussi s ’opérer par une dilution suffisante à l ’air

le principe est utilisé dans les tunnels de séchage des peintures et vernis :– la quantité des solvants à évaporer peut être

évaluée– le débit de ventilation du tunnel est calculé d ’après

cette quantité, de façon à rester en-dessous de 25% de la LIE

69

L ’inertage

La suppression du comburant est une méthode courante : c ’est l’inertage,

Il consiste à limiter la teneur d ’une atmosphère en comburant, en utilisant un gaz inerte,

Les gaz inertes sont impropres à la combustion,

Ils ne donnent lieu à aucune réaction ; ils sont portés à la température de la flamme et plus ils sont abondants, plus la flamme est refroidie,

70

L ’inertage Les gaz inertes sont :

– l ’azote,– les gaz résultant d ’une combustion (gaz

carbonique, vapeur d ’eau…),– les gaz rares de l ’air.

Les conditions de teneur en oxygène permettant de garantir l ’inertage d ’une atmosphère s ’obtiennnent à partir du diagramme triangulaire du système combustible/air/inerte

71

Diagramme ternaire d’explosivité

100 % Air

100 % Combustible

100 % Inerte

LIE

LSE

A

C

72

L ’inertage Avec l ’azote comme inerte, la teneur limite en

oxygène (LOC) vaut environ 10 % pour les hydrocarbures,

CO2 est un inerte un peu plus efficace que l ’azote puisque la LOC vaut environ 12 %,

Pour être un moyen de prévention efficace, l ’inertage demande à être pratiqué selon des procédures et dans des conditions de maintenance des équipements très strictes

73


La suppression de toutes les sources d ’inflammation actives permet d ’empêcher les explosions d ’ATEX

La mise en œuvre de ce principe consiste à n ’installer en zone dangereuse que des matériels électriques et non-électriques de catégorie conforme à l ’arrêté 96-1010

La prévention des décharges électrostatiques demeure cependant difficile, d ’autant qu ’ elle

peut mettre en cause les opérateurs

74

La protection contre les effets des explosions d ’ATEX

Il existe différents moyens de protection contre les effets des explosions– matériel résistant à la surpression (Pex)– protection par évent d ’explosion– protection par suppresseur d ’explosion– dispositifs d ’isolement :

» arrête-flamme » vannes d ’isolement» écluse rotative

» déflecteur d ’explosion

75

Confinement résistant à la surpression

Le confinement doit être capable de résister à la pression maximale Pex développée par l ’explosion

Ceci suppose de savoir évaluer précisément Pex

Ce principe ne peut convenir que pour des confinements de faible volume

76

Protection par évent d ’explosion

Le principe consiste à limiter la pression développée dans un confinement par une explosion, en déchargeant une partie des gaz d ’explosion à travers un orifice (évent)

La pression résiduelle Pred ne doit pas dépasser la pression maximale admissible dans le confinement

77


La surface d ’évent nécessaire est une fonction des paramètres suivants :– le volume du confinement V, – la pression d ’ouverture de l ’évent Pstat,– la valeur de Pred– les caractéristiques d ’explosivité de l ’ATEX

En cas d ’explosion, des effets mécaniques et thermiques sont produits à proximité de l ’évent

78


Il faut donc choisir l ’emplacement du ou des évents de façon à éviter que les effets produits à l ’extérieur du confinement puissent entraîner des dégâts

Le prolongement d ’un évent par une canalisation déchargeant les gaz d ’explosion suffisamment loin des zones où le personnel d ’exploitation est présent (par exemple sur le toit d ’un bâtiment) est une pratique courante

79


Il faut alors tenir compte du fait que la présence d ’une canalisation en prolongement d ’un évent diminue fortement l ’efficacité d ’un évent

Des abaques permettent de calculer la surface d ’évent nécessaire en fonction des différents paramètres du système

80

Protection par suppresseur d ’explosion

Un suppresseur d ’explosion est un système d ’extinction très rapide (opère en quelques dizaines de ms seulement)

Le déclenchement du système d ’extinction est actionné dès qu ’un système de détection associé (optique ou manométrique) repère l ’amorçage d ’une explosion

81

Protection par suppresseur d ’explosion

Le produit extincteur peut être de l ’eau pulvérisé ou un produit minéral inerte

Comme pour un évent d ’explosion, les caractéristiques d ’un suppresseur dépendent– du volume du confinement V, – de la pression de déclenchement du suppresseur,– de la pression maximale admissible dans le

confinement– des caractéristiques d ’explosivité de l ’ATEX

82

Les systèmes d ’isolement 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

83

Les arrête-flammes Un arrête-flamme (AF) permet d ’arrêter la

flamme se propageant dans une ATEX gazeuse contenue dans une canalisation

84

Les arrête-flammes Le principe de fonctionnement d ’un AF repose

sur le coincement des flammes et la hauteur du triangle élémentaire est liée à la valeur de l ’IEMS (interstice maximal expérimental de sécurité) de l ’ATEX considérée

On distingue :– les AF « en ligne » destinés à être installés dans

une canalisation– les AF « bout de ligne » destinés à être installés à

l ’extrémité d ’une canalisation– les AF anti-déflagration et anti-détonation

85

Les vannes d ’isolement

On distingue :– les vannes à fermeture rapide (systèmes à activer)– les vannes VENTEX (systèmes passifs)– les écluses rotatives (systèmes passifs)

86

Aspects méthodologiques

87

Une évaluation des risques conforme à la réglementation ATEX passe par les étapes suivantes :

– évaluer la probabilité de formation d ’une ATEX,– recenser toutes les sources d ’inflammation possibles des

ATEX formées,– évaluer la probabilité d ’ inflammation des ATEX formées,– préciser l ’emplacement et le volume des ATEX formées,– évaluer les effets résultant d ’une inflammation de ces

ATEX,– évaluer, parmi ces effets, ceux qui sont nocifs pour les

travailleurs

Méthode d’évaluation des risques

88

Dans chacune des étapes précédentes, il faut prendre en compte :

– les produits combustibles susceptibles de former des ATEX (gaz, vapeur, poussière),

– les conditions de formation des ATEX (fonctionnement normal ou anormal des installations),

– les phénomènes physiques à l’origine de la formation des ATEX


89

Le caractère combustible des gaz ou liquides mis en œuvre est souvent connu

Le caractère combustible des solides pulvérulents mis en œuvre peut être établi à partir d ’essais simples (voir aspects phénoménologiques)

Caractéristiques des produits mis en œuvre

90

Conditions de formation des ATEX à considérer– en matière de dysfonctionnement, les

situations à prendre en compte ne correspondent pas a priori aux scénarios majorants de l ’étude des dangers (exemple d ’une fuite de gaz ou de liquide résultant de la rupture guillotine du plus gros piquage)

– ces situations doivent au contraire être plausibles et tenir compte du vécu de l ’exploitant


91

Ce n ’est pas parce qu ’un accident ne s ’est jamais produit qu ’il ne se produira jamais

A contrario, le fait qu ’un accident ne se soit jamais produit sur un site donné, au cours de la mise en œuvre de produits donnés, dans des conditions données et sur une durée d ’exploitation importante renseigne sur le caractère improbable de cet accident


92

C ’est pourquoi il est utile de prendre en compte l ’accidentologie relative à l ’installation considérée ou, à défaut, à des installations comparables

Il convient donc de tirer parti du retour d’expérience des incidents ou presqu ’accidents ayant mis en cause l ’explosion d ’une ATEX et que l ’exploitant a vécus au cours de l ’exploitation de ses installations,


93

Chaque cas doit être analysé afin– d ’identifier le phénomène, normal ou anormal à

l ’origine de la formation d ’une ATEX, à proximité ou à l ’intérieur de tel élément de l ’installation,

– de préciser l ’emplacement de l ’ATEX formée et d ’estimer son volume,

– d ’identifier, en cas d ’inflammation, la source qui est à l ’origine de cette inflammation,

– d ’évaluer les effets produits et éventuellement subis par des travailleurs présents à proximité.


94

une ATEX est présente normalement dans le ciel d’un récipient sous air contenant un liquide inflammable dont le point d’éclair est inférieur à la température ambiante (zone 0)

une ATEX se forme occasionnellement, en fonctionnement normal, à chaque ouverture de l ’évent de respiration de ce récipient (a priori zone 1)

Exemples de formation d’une ATEX

95

une ATEX se forme dans l ’air ambiant, à proximité d ’une flaque d ’un liquide à point d ’éclair inférieur à l ’ambiante qui serait répandu accidentellement (zone 2)

une ATEX se forme dans l ’air ambiant à proximité d ’une canalisation sous pression d ’un gaz inflammable qui présente une fuite (dysfonctionnement créant une zone 2)


96

Une ATEX peut se former lorsqu ’un dépôt de poussière inflammable se trouve mis en suspension

Un volume important d ’ATEX peut être formé à partir d ’un dépôt de très faible épaisseur (un dépôt uniforme de moins de 1 millimètre réparti sur 1m2 peut former 1 m3 d ’ATEX)


97

Il suffit d ’évaluer la probabilité de formation d ’une ATEX de façon qualitative seulement

La définition des zones introduit un critère de fréquence et donc de probabilité d ’occurrence des ATEX présentes dans chaque zone :

(fréquence)zone 0 ou 20 > (fréquence)zone 1 ou 21

(fréquence)zone 1 ou 21 > (fréquence)zone 2 ou 22

Probabilité de formation d’une ATEX

98

La probabilité d ’inflammation d ’une ATEX est liée à la probabilité d ’occurrence d ’une source d ’inflammation active dans cette ATEX

Les sources d ’inflammation susceptibles d ’être actives sont de nature variée (voir phénoménologie)

Probabilité d ’inflammation des ATEX formées

99

La probabilité d ’occurrence d ’une source d ’inflammation active s ’évalue– selon les caractéristiques du produit combustible

constitutif de l ’ATEX– en fonction de l ’expérience tirée de cas

d ’inflammation connus par des sources identifiées– une évaluation qualitative est suffisante dans la

plupart des cas


100

Une flamme nue (briquet, chalumeau, brûleur), de même qu ’une étincelle électrique produite par un matériel non protégé (contacteur, moteur…) sont toujours des sources d ’inflam-mation actives d ’une ATEX gaz ou poussière

La possibilité d ’inflammation d ’une ATEX par une surface chaude est liée à la valeur de la TAI du produit combustible constitutif de l’ATEX


101

La possibilité d ’inflammation d ’une ATEX par un phénomène électrostatique dépend de la valeur de l ’EMI du produit combustible constitutif de l ’ATEX, surtout si l ’ATEX contient un pulvérulent combustible,

Un phénomène électrostatique peut mettre en cause le procédé seul mais peut également impliquer un opérateur


102

Les effets de l ’explosion d ’une ATEX sont de deux natures distinctes (voir phénoménologie) :

– des effets thermiques liés à la production de gaz de combustion dans la flamme

– des effets mécaniques qui sont liés à l ’expansion des gaz de combustion et qui dépendent du degré de confinement de l ’ATEX

Évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX

103

Compléments sur les effets mécaniques– En milieu confiné, la pression augmente jusqu ’à

10bar au plus ou jusqu ’à la rupture du confinement (avec projection éventuelle de débris)

– Les effets mécaniques sont négligeables si l ’ATEX, est de volume limité et se trouve à l ’air libre

– En milieu encombré ou partiellement confiné, l ’explosion produit une onde de pression aérienne qui peut elle-même induire la projection de débris


104

Effets thermiques et mécaniques des explosions sur les personnes :– une personne qui se trouverait dans le volume

occupé par les gaz de combustion (10 fois le volume de l ’ATEX initial) serait gravement brûlée mais serait indemne en-dehors de ce volume

– une personne exposée aux effets mécaniques d ’une explosion pourrait être renversée (si l ’onde aérienne a une pression de crête supérieure à 100mbar ou blessée par la projection de débris)


105

Pour évaluer les effets de l ’explosion d ’une ATEX sur les travailleurs, il faut évaluer – l ’emplacement de l ’ATEX (relativement aux

travailleurs)– le volume de l ’ATEX (les effets de son explosion

sont d ’autant plus importants que ce volume est grand)


106

Le volume et l ’emplacement de l ’ATEX formée en cas de fuite dans l ’air ambiant d ’une installation sous pression d ’un gaz inflammable peuvent être estimés à partir des paramètres suivants :– les caractéristiques du gaz,– la pression du gaz,– la section de fuite,– l ’environnement de la fuite

Volume et emplacement des ATEX formées

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Le volume et l ’emplacement de l ’ATEX formée en cas d’épandage accidentel d ’un liquide inflammable peuvent être évalués précisément à partir des paramètres suivants :– la température du liquide,– des caractéristiques d ’inflammabilité du liquide

(LIE, LSE),– la surface de la flaque,– la vitesse de l ’air à la surface de la flaque


108

Le volume et l ’emplacement de l ’ATEX formée en milieu confiné par mise en suspension d ’un dépôt de poussière combustible sont difficiles à évaluer précisément, dès lors que l ’épaisseur du dépôt est importante

Ils dépendent de l ’importance du phénomène qui peut être à l ’origine de la mise en suspen-sion du dépôt


109

Avant la réglementation ATEX, il existait diffé-rents textes (réglementaires, normatifs…) qui imposaient/définissaient, selon les installations– les types de zone correspondants– l ’emplacement et les dimensions de chaque zone

ces textes sont principalement :– les arrêtés de 67, 72 et 75 pour les ATEX gazeuses– la norme NF 60079-10 pour les ATEX gazeuse – la norme EN 50281-3 pour les ATEX poussière


110

mais dans ces textes, les dimensions des zones sont définies de façon forfaitaire, sans tenir compte– des propriétés des produits mis en œuvre, de la

nature des procédés et des installations exploités,– des phénomènes physiques à l ’origine de la

formation des ATEX,– de l’étendue des conséquences de l ’explosion des

ATEX


111

Le code du travail ne reconnaît pas la notion de « risque acceptable »

Il faut donc remédier à toute situation où il existe un risque d ’explosion d ’une ATEX, pour laquelle un travailleur se trouve exposé à un risque de blessure, même légère


!

112

L ’évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX peut démontrer la nécessité de prendre telle ou telle mesure de prévention/protection

Une nouvelle démarche d ’évaluation des risques doit alors être effectuée en supposant que cette mesure est appliquée

Cette nouvelle démarche peut conduire à revoir le classement de zone initial


113

Cas d ’un filtre à manches

Exemples d ’application

114

Un ensemble de dépoussiérage par filtre à manches est destiné– à la captation d ’air empoussiéré,– à la filtration de l ’air empoussiéré au moyen d ’un

filtre à manches, éventuellement précédé d ’un cyclone,

– au recueil de la poussière retenue sur les manches,– au rejet atmosphérique de l ’air dépoussiéré,

Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches

115

Un ensemble comporte les éléments suivants :– un réseau de canalisations d ’aspiration,

éventuellement précédé d ’un cyclone,– un caisson contenant les manches qui séparent la

partie air empoussiéré de la partie air dépoussiéré,– un système de décolmatage des manches,– une trémie pour le recueil gravitaire de la poussière,– un ventilateur d ’aspiration, installé côté air

dépoussiéré,


116

Réseau de canalisation véhiculant l’air

empoussiéré jusqu’au filtre

Air dépoussiéré

Ventilateur d’aspiration

Manches

Vanne écluse

trémie


Côté air empoussiéré

Côté air dépoussiéré

117


Comment appliquer la réglementation ATEX à cette installation (si poussière combustible) ?– quelles sont les possibilités de formation d ’une

ATEX dans chaque partie de l ’installation, en fonctionnement normal ou anormal ?

– quel classement de zones proposer ?– quel sont les possibilités d ’inflammation des ATEX

formées ? – quels sont les effets prévisibles d ’une explosion ?

118


Possibilités de formation d ’une ATEX

– selon l ’empoussièrement, l ’air empoussiéré peut constituer une ATEX

– une ATEX se forme dans le filtre lors du décolmatage,

– si une manche est détériorée ou démanchée, une ATEX peut se former côté air dépoussiéré

119


Classement en zones

– le côté air empoussiéré est à classer en zone 20 ou 21, au moins dans le filtre

– l ’intérieur du réseau de canalisation véhiculant l ’air empoussiéré jusqu ’au filtre est peut-être également à classer en zone 20 ou 21

– le côté air dépoussiéré est à classer en zone 22

120


Possibilités d ’inflammation des ATEX formées– il existe plusieurs causes possibles d ’inflammation

des ATEX présentes dans les différentes parties (source d ’origine électrostatique si la poussière est isolante, ventilateur d ’aspiration…)

121


Effets prévisibles de l ’explosion d ’une ATEX– en cas d ’inflammation d ’une ATEX présente dans

le filtre, il se produira une explosion en milieu confiné qui développera une surpression suffisante pour détruire le caisson du filtre

– un travailleur présent à proximité peut être blessé par les effets , mécaniques ou thermiques, de l ’explosion

– il est donc indispensable de prendre des mesures de prévention ou de protection

122


Mesures de prévention– il n ’est pas possible de prévenir la présence d ’une

ATEX dans le filtre– il n ’est pas non plus possible de garantir l ’absence

d ’une source d ’inflammation de l ’ATEX formée dans le filtre

– Aucune mesure de prévention d ’un explosion n ’est donc appropriée

123


Mesures de protection– le filtre peut être protégé par évent d ’explosion,– si la canalisation d ’aspiration contient une ATEX, il

faut également empêcher l ’explosion de s ’y propager, en installant un système d ’isolement (vanne à fermeture rapide,…) en amont du filtre

124


Protection du filtre par évent d ’explosion– le dimensionnement du ou des évents doit tenir

compte» de l ’explosivité de la poussière,» du volume du filtre,» de la pression maximale admissible dans le filtre,» de la pression d ’ouverture de l ’évent

125


Protection du filtre par évent d ’explosion– l ’implantation du ou des évents doit être choisie de

façon telle que le jet des gaz de combustion sortant de l ’évent ne produise pas de blessures aux travailleurs,

– il faut prendre en compte le risque d ’une explosion secondaire si l ’évent décharge les gaz d ’explosion dans un bâtiment empoussiéré,

126


Protection du filtre par évent d ’explosion– une solution consiste à prolonger l ’évent par une

canalisation de décharge vers l ’extérieur,– il faut alors tenir compte de la diminution

d ’efficacité de l ’évent, du fait de la présence de cette canalisation

Documents

1 Aide à l application de la réglementation ATEX R.LODEL