Le risque d’explosion

CNE MERENI J.

Définition

Les paramètres physico-chimiques

les risques

Typologie des explosions

Qu’est-ce qu’une explosion ?

Quelle peut être son origine ?

Quelles en sont les conséquences ?

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.

Les paramètres physico-chimiques :

Les états de la matièreLes 2 régimes d’explosionLe domaine d’explosivitéPoint éclair – point de flamme – point d’auto

inflammation – point d’ébullition – point de fusionLa densitéLa stœchiométrieLes seuils

État de la matière et changement d’état :

L’état de la matière est fonction de :

La températureLa pression

Exemple de l’eau

Exemple du propane

L’explosion d’un mélange gazeux peut prendre 2 formes :

DEFLAGRATIONL’onde de combustion se déplace par conductibilitéthermique, la vitesse est de l’ordre du m/s avec une surpression modérée (4 à 10 bars)

DETONATION

Nécessite un mélange stœchiométrique.

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

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-dessusde 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-dessousde laquelle il peut être enflammé

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 %

� 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

Définitions :

POINT ECLAIR 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)

POINT DE 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.

POINT D’ AUTO INFLAMMATION

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

POINT D’EBULLITION (PE)

Température la plus élevée que peut atteindre un corps avant de s’évaporer. Cette température se calcule à la pression atmosphérique.

POINT DE FUSION (PF)

Température à laquelle une substance passe de l’état solide à l’état liquide sous la pression atmosphérique.

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 0.069

méthane 0.55

propane 1.53

butane 2

chlore 2.46

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 N2 même si elles ne réagissent pas)

Les seuils :

FLUX THERMIQUE

SURPRESSION

SEI (seuil des effets irréversibles)

3 KW/m2 50 mbar

SEL (seuil des effets létaux – 1% mortalité)

5 KW/m2 140 mbar

SELS (seuil des effets létaux significatifs – 5%

mortalité)8 KW/m2 200 mbar

Les risques les plus courants :

La fuite de gaz sur réseau (PGR)Les bouteilles de gazLes réservoirs de gazles transports de GPLLes bouteilles d’acétylèneLes engrais (ammonitrates)

Fuite de gaz sur réseau :

Cours LAFAYETTE à LYON en février 2008.

Bilan : 1 mort (SP)2 blessés graves et 38

blessés légers

Les effets :Flux thermiquesurpressionEffets missiles

Fuite de gaz sur réseau :

Voir ODO intervention sur réseau GAZ et PGR

Fuite de gaz sur réseau :

HP(haute pression)

> 25 bars (TRANSPORT) Acier

MPC (moyenne pression C)

4 bar jusqu’à 25 barsAcierPE jusqu’à 8 bar

MPB

(moyenne pression B)400 mbar jusqu’à 4 bars

Acier

PE

MPA (moyenne pression A)

50 jusqu’à 400 mbarEn voie de disparition

Acier - PE - Fonte

BP

(Basse pression)

0 à 50 mbarAlimente directement les appareils domestiques

Acier - PE – Fonte -

Fuite de gaz sur réseau :

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

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 kg6 kg / 10 kg / 13 kg / 35 kg

La couleur des bouteilles ne correspond pas au gaz et ne permet pas de les différencier.

Les bouteilles de gaz :

Bouteille de propaneBouteille de butane

(réservoirs véhicules GPL = mélange des 2)

Propane C3H8 Butane C4H10

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

Les bouteilles de gaz :

Ex du BUTANE pour une mesure avec un QRAEII :L’appareil indique une valeur de 20 % de la L.I.ELe facteur de correction est de 2Nous 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.ELe facteur de correction est de 1.6Nous sommes en présence d’une atmosphère à : 20*1.6 = 32 % de la L.I.E du PROPANE

Les réservoirs de propane extérieur :

Généralement utilisé pour le chauffage des particuliersPeut être aérien ou enterréDes soupapes de sécurité équipent les réservoirs

Les transports de GPL sur route :

1965 = butane ou propaneLes organes de service des réservoirs doivent être protégés par un

capot ou par tout autre dispositif équivalent

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.

Les bouteilles d’acétylène :

Voir ITOP 008 SDIS42

Formule chimique C2H2Bouteille de couleur MARRON CLAIRGaz extrêmement inflammable et instableOdeur d’ailLIE : 2.2 %LSE : 82 %d≈1

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.

Particularité des engrais :

Voir ITOP 010 SDIS42.

Explosion de Saint-Romain-en-jarez en 2003 (3 tonnes d’ammonitrates)

Le nitrate d’ammonium (ou ammonitrate) :

Formule chimique : NH4NO3 Comburant

Solubilité qui varie avec la T°:

1 190 g·l-1 (0 °C)2 860 g·l-1 (40 °C) 10 240 g·l-1 (100 °C)

T°fusion = 170°CT°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

Les différents types d’explosion :

Le BLEVEL’UVCELe BOILOVERL’explosion de poussières

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 p hase liquide

Le BLEVE :

1.surchauffe d’un liquide ou gaz liquéfié dans un réservoir clos2.élévation importante de la pression3.création d’une brèche (endroit fragilisé ou dépassement de résistance mécanique)4.Perte de conditionnement soudaine : la pression interne redescend et provoque l’ébullition5.dégagement à l’intérieur de très grandes quantités de vapeurs6.Le contenant étant inadapté, il explose

Les effets du BLEVE :

Flux thermique - boule de feuOnde de choc – surpressionEffets missiles

voir vidéo « BLEVE 1 » et « BLEVE 2 » sur SPIRAL CONNECT –FOS NRBC – bibliothèque MULTIMEDIA( http://formation.sdis42.fr )

L’ UVCE :

« Unconfined Vapor Cloud Explosion »= explosion de nuage gazeux en milieu non confiné (ou semi-confiné)

1.nuage de gaz de vapeur inflammable provoquée par une fuite 2.allumage de ce nuage sur un point chaud3.explosion plus ou moins rapide en fonction de la concentration en gaz4.éventuellement propagation géographique de l’incendie

L’UVCE peut être le résultat d’une fuite de gaz sur r éseau

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.

Les effets du BOILOVER :

•Flux thermique - boule de feu•Violentes projections de combustible

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 stable2.produits concernés : matières organiques (sucre, farine, charbon) ou non (métaux, aluminium)3.ignition du nuage formé ou atteinte température auto-inflammation4.explosion : onde de surpression

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

Explosion d’un silo de céréales àBLAYE en 1997 :

11 mortsBris de vitres jusqu’à 500 mProjection > 100 m28 cellules du silo sur les 44 sont

détruites

Conclusion :

LES EFFETS LES RISQUESLES MOYENS DE

PROTECTION

Effets thermiquesBrulures, blast,

plaies, traumatismes…

Les EPI, la distance, les écrans (mobilier urbain),

l’ARICO…

surpression

Effets missiles