RAPPORT DTUDE N DRA-09-101660-12814A

18/01/2010

Scnarios accidentels et modlisation des distances deffets associs pour des installations de mthanisation de taille agricole et industrielle

Scnarios accidentels et modlisations des distances deffets associs pour des installations de mthanisation de taille agricole et industrielle

Paris (La Dfense)

Client : MEEDDM Liste des personnes ayant particip ltude : S. EVANNO, J. DAUBECH, J. HEBRARD

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PRAMBULE Le prsent rapport a t tabli sur la base des informations fournies l'INERIS, des donnes (scientifiques ou techniques) disponibles et objectives et de la rglementation en vigueur. La responsabilit de l'INERIS ne pourra tre engage si les informations qui lui ont t communiques sont incompltes ou errones. Les avis, recommandations, prconisations ou quivalent qui seraient ports par l'INERIS dans le cadre des prestations qui lui sont confies, peuvent aider la prise de dcision. Etant donn la mission qui incombe l'INERIS de par son dcret de cration, l'INERIS n'intervient pas dans la prise de dcision proprement dite. La responsabilit de l'INERIS ne peut donc se substituer celle du dcideur. Le destinataire utilisera les rsultats inclus dans le prsent rapport intgralement ou sinon de manire objective. Son utilisation sous forme d'extraits ou de notes de synthse sera faite sous la seule et entire responsabilit du destinataire. Il en est de mme pour toute modification qui y serait apporte. L'INERIS dgage toute responsabilit pour chaque utilisation du rapport en dehors de la destination de la prestation.

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TABLE DES MATIRES

1. GLOSSAIRE ..................................................................................................... 5 2. INTRODUCTION .............................................................................................. 6 3. RAPPEL DES RISQUES LIES AU METHANE ET AU BIOGAZ ET RETOUR DEXPERIENCE ............................................................................................... 7 3.1 Rappel des risques lis au mthane ............................................................. 7 3.2 Rappel des risques lis au biogaz ................................................................. 7 3.3 Retour dexprience sur des activits de mthanisation ............................. 10 4. EVALUATION DE LINTENSITE DES POTENTIELS DE DANGERS ET DES PHENOMENES DANGEREUX....................................................................... 12 4.1 Seuils rglementaires .................................................................................. 12 Effets sur les personnes .......................................................................... 13 Effets sur les structures ........................................................................... 14

4.2 Hypothses et principes de modlisations .................................................. 14 4.3 Rsultats des calculs de modlisation......................................................... 16 4.3.1 Rupture guillotine dune canalisation de biogaz situe lextrieur ......... 17 4.3.1.1 Gnralits sur les fuites dune canalisation de biogaz situe lextrieur ........................................................................................... 17 4.3.1.2 Rsultats des calculs de modlisation de fuite de canalisation de biogaz lextrieur ............................................................................ 18 4.3.1.2.1 Rsultats des calculs de modlisation deffets dexplosion ............. 18 4.3.1.2.2 Rsultats des calculs de modlisation deffets thermiques ............. 20 4.3.1.2.3 Rsultats des calculs de modlisation deffets toxiques .................. 21 4.3.2 Explosion dans un local de compression de biogaz lie une rupture guillotine dune canalisation de biogaz situe lintrieur de ce local (site industriel) ................................................................................................. 23 4.3.3 Explosion dans un local de schage lie une rupture guillotine dune canalisation de biogaz situe lintrieur de ce local .............................. 25 4.3.3.1 Rsultats des calculs de modlisation pour un site industriel ............ 25 4.3.3.2 Rsultats des calculs de modlisation pour un site agricole (ou de taille semi industrielle) ....................................................................... 26

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4.3.4 Explosion dans un local de schage lie une rupture guillotine dune canalisation de gaz de ville situe lintrieur de ce local (site agricole ou de taille semi industrielle)......................................................................... 27 4.3.5 Explosion dans un digesteur en fonctionnement normal et vide ........... 28 4.3.6 Explosion de lATEX interne dans un gazomtre ..................................... 30 4.3.7 Explosion de lATEX forme suite la ruine du gazomtre ..................... 30 5. CONCLUSION ............................................................................................... 32 6. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES.......................................................... 34 7. LISTE DES ANNEXES .................................................................................. 35

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1. GLOSSAIREAFSSET : Agence Franaise de Scurit Sanitaire de lEnvironnement et du Travail, ATEX : ATmosphre Explosive, DN : Diamtre Nominal, DRA : Direction des Risques Accidentels, DRC : Direction des Risques Chroniques, H2S : Hydrogne sulfur, ICPE : Installation Classe pour la Protection de lEnvironnement, Kg : Violence dexplosion de gaz, LIE : Limite Infrieure dExplosibilit, LSE : Limite Suprieure dExplosibilit, m : mtre, msophile : Se dit d'un microorganisme qui peut vivre des tempratures variant de 20 45 et dont le dveloppement est optimal 37 C C, P : Pression, Pmax : Pression maximale dune explosion (mesure en chambre de 20 l selon la norme PR NF EN 15967), MEEDDM : Ministre de lEcologie, de lEnergie, du Dveloppement Durable et de la Mer, SEI : Seuil des Effets Irrversibles, SEL : Seuil des Effets Ltaux, SELS : Seuil des Effets Ltaux Significatifs, SEL 1% : Seuil des Effets Ltaux 1 %, SEL 5% : Seuil des Effets Ltaux 5 %, STEP : Station dpuration, Taux dexpansion : il sagit dun paramtre fondamental intrinsque et ne dpend que de la composition du mlange. Il traduit la dilatation thermique et volumique des produits de combustion, Thermophile : Microorganisme qui peut vivre des tempratures variant de 40 70 et dont le dveloppement est optimal 55 C C. Vitesse fondamentale de combustion laminaire : il sagit dune proprit intrinsque du mlange et reprsente la vitesse de progression de la flamme par rapport au mlange, VLE : Valeur Limite dExposition, VME : Valeur Moyenne dExposition.

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2. INTRODUCTIONEn s'appuyant sur l'expertise transversale de la DRA et de la DRC, lopration A du programme DRA DRC 93 qui porte sur les risques lis aux procds de mthanisation de la biomasse et des dchets, a notamment pour objectif de recenser et de produire des donnes de scurit ncessaires la matrise des risques dexplosion et des risques sanitaires des diffrents procds de mthanisation. Dans le cadre de projets dimplantation dune unit de mthanisation, de production et de stockage de biogaz, il est intressant de pouvoir estimer, ds les premires tapes de la conception, les principales consquences accidentelles en fonction des installations envisages afin de pouvoir slectionner les emplacements des futures installations, les technologies retenir et les principales contraintes de scurit prendre en compte. Ces donnes seront alors particulirement utiles aux pouvoirs publics et aux industriels. Pour cela, lINERIS a ralis des calculs de modlisation des distances deffets (explosion et dispersion toxique) des scnarios majorants pour les principaux cas types rencontrs sur des sites de taille agricole et industrielle. Les scnarios accidentels sont calqus sur trois quipements principaux mettant en uvre du biogaz dune unit de mthanisation : un digesteur (mthaniseur), un gazomtre (stockage de biogaz) et des canalisations de transfert de biogaz en arien et dans des locaux. La rglementation ICPE a t modifie en 2009 par la parution du dcret 2009-1341 le 31 octobre 2009 au Journal Officiel modifiant la nomenclature ICPE et ajoutant une nouvelle rubrique spcifique la mthanisation (Rubrique ICPE n 2781 relative aux installations de mthanisation de dchets non dangereux ou matire vgtale brute lexclusion des installations de stations dpuration urbaines) : les arrts de dclaration et dautorisation suivront cette parution. Cette opration A du programme DRA DRC 93 propose des distances deffets (explosion, incendie, dispersion toxique) qui serviront daide la dcision pour de nombreux industriels ou les pouvoirs publics, do limportance de bien dfinir les conditions dapparition des types de scnarios accidentels retenus et les hypothses prises en compte dans la modlisation.

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3. RAPPEL DES RISQUES LIES AU METHANE ET AU BIOGAZ ET RETOUR DEXPERIENCE3.1 RAPPEL DES RISQUES LIES AU METHANELe mthane est un gaz extrmement inflammable et non toxique.Dsignation Mthane (CH4) CAS 74-82-8 FDS / Caractristiques Masse volumique 3 20 (kg/m ) C Densit / air LIE (%volume) Pmax (bar) Temprature dAutoInflammation ( C) 0,7 0,54 4,4 5 7,1 535 650 Vitesse de propagation de flamme (m/s) en mode calme LSE (% volume) Kg (bar.m.s ) Energie Minimale dInflammation (mJ) Pouvoir Calorifique 3 Infrieur (kWh/m )-1

Symbole F+ (Extrmement inflammable)

Risques R12

0,39 15 55 0,28 10,7 12,8

Tableau 1 : Principales caractristiques du mthane

Une fuite sur une canalisation de mthane peut conduire un feu-torche en cas dinflammation immdiate. En cas dinflammation retarde, une explosion du nuage de gaz form est possible.

3.2 RAPPEL DES RISQUES LIES AU BIOGAZLa composition du biogaz et la structure de chaque installation (matriau, volume, forme,) sont les principales variables dajustement sur le dimensionnement des distances deffets. De plus, le confinement li la rsistance de structure du type dinstallation est notamment important car ce paramtre influe sur la violence dune explosion [digesteur enveloppe souple, enveloppe rigide (structure bton), enveloppe semi-rigide (structure mtallique)]. Les compositions de plusieurs biogaz dorigines varies (agricole, ordure mnagre, boues de station dpuration) sont prsentes dans le tableau 2 ci-aprs. Trois types de biogaz ont t retenus selon leur provenance et selon le rapport de lAFFSET [1]. La teneur en H2S de chaque type de biogaz dpend principalement de lorigine de celui-ci (selon lorigine de la matire organique qui a t mthanise et sil sagit de biogaz brut ou de biogaz pur).

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Type de biogaz Biogaz issu de la mthanisation agricole 1A 1B Biogaz issu de la mthanisation dordures mnagres 2A 2B Biogaz issu de la mthanisation de boues de stations dpuration 3A 3B

Teneur en CH4 (%)

Teneur en CO2 (%)

Teneur moyenne rsiduelle en H2S (ppm)

80 60

20 40 8 000 (brut) < 100 (pur)

80 60

20 40

1 000 (brut) < 100 (pur)

80 60

20 40

2 500 (brut) < 100 (pur)

Tableau 2 : Dfinition des six configurations de composition de biogaz brut et pur retenues

Les principaux risques de ces diffrents types de biogaz sont lis leurs principaux composants : Inflammabilit dhydrogne), / explosibilit (mthane, hydrogne, sulfure

Toxicit aige par inhalation (sulfure dhydrogne), Anoxie (CO2, N2).

Enfin, outre le sulfure dhydrogne, le biogaz contient, ltat de traces, des gaz odorants (composs soufrs dont mercaptans, azots, aldhydes, acides gras volatils) pouvant entraner des nuisances olfactives. Inflammabilit / Explosibilit du biogaz Le biogaz form contient une forte proportion de gaz combustible, le mthane (CH4), et dun gaz inerte, le dioxyde de carbone (CO2). Les autres composs forms sont suffisamment peu abondants pour navoir quune influence ngligeable sur les caractristiques dexplosivit ou de violence dexplosion du biogaz. Nous considrerons donc dans ce paragraphe que le biogaz est assimil un mlange constitu majoritairement de CO2 et de CH4. Les autres composs tant suffisamment peu abondants pour navoir quune influence ngligeable sur les caractristiques dexplosivit ou de violence dexplosion du biogaz. Cependant, il convient de prciser que le biogaz, de par les conditions de temprature des procds de mthanisation (mode msophile et mode thermophile) contient de la vapeur deau la pression de vapeur mais dont le pourcentage volumique est insuffisant pour le rendre inerte.Rf. : DRA-09-101660-12814A Page 8 sur 35

Pour une composition majoritaire en CH4 et en CO2, les limites infrieures et suprieures d'explosivit du biogaz sont prsentes dans le tableau 3 suivant [2] :CH4 - CO2 (%v/%v) 100 - 0 60 - 40 55 - 45 50 - 50 LIE (%v/vCH4) 5 5,1 5,1 5,3 LSE (%v/vCH4) 15 12,4 11,9 11,4 Densit (air = 1) 0,54 0,92 0,97 1,02

Tableau 3 : Limites d'inflammabilit relatives quatre compositions diffrentes de biogaz

Le biogaz contenant une concentration en CO2 suprieure 50 % est plus dense que lair et peut, en zone confine non ventile, provoquer lanoxie. La prsence du CO2 tend diminuer la ractivit du mthane. De plus, la teneur en vapeur deau dans latmosphre prsente lintrieur dun digesteur ou postdigesteur est relativement importante. En matire dexplosivit, la vapeur deau peut attnuer la ractivit du biogaz : la plage dexplosivit de latmosphre mise en uvre lintrieur dun digesteur ou dun post-digesteur dpendra de sa teneur en vapeur deau et donc de sa temprature dautant plus quelle sera leve. La variation de la composition du biogaz (c'est--dire une teneur en mthane variant de 50 % 100 %) ne modifie pas de faon significative la violence dexplosion et le domaine dinflammabilit (la LIE reste peu prs constante avec cependant une lgre augmentation de la LSE lorsque la teneur en CH4 augmente). Des essais conduits par lINERIS en 2006 [2] ont conduit aux rsultats suivants : pour une composition volumique CH4 - CO2 de 60 %-40 % (proche de ce qui est attendu dans les digesteurs), le domaine dexplosivit du mlange est compris entre 4,4 % vol. et 12,4 % vol. La prsence du CO2 tend donc diminuer le domaine dexplosivit du mthane ; pour une composition volumique CH4-CO2 de 60 %-40 % 55 en C, prsence de vapeur deau saturation (conditions dans les digesteurs), Pmax est de lordre de 3,2 bar relatif et la constante dexplosion de gaz (Kg) est de lordre de 4 bar.m/s. La vapeur deau tend limiter la violence de lexplosion par rapport au mthane ; lnergie minimale dinflammation du biogaz na pas pu tre mesure. Elle est ncessairement suprieure celle du mthane, cause de la prsence de CO2 et de la vapeur deau, mais reste vraisemblablement suffisamment faible pour ne pas carter des sources dinflammation faibles telles que des tincelles dorigine lectrostatique ; la temprature dauto-inflammation du biogaz na pas pu tre mesure, on retiendra par dfaut celle du mthane.

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Pour la modlisation, la vitesse de flamme varie dun facteur 10 selon que le biogaz est au repos (Vf = 0,3 0,4 m/s) ou en phase turbulente (Vf = 3 4 m/s).

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Toxicit aige par inhalation du biogaz La toxicit du biogaz est due essentiellement la prsence de sulfure dhydrogne (H2S), qui est un gaz prsentant un risque important de toxicit aigu par inhalation, comme le montrent les seuils deffets dans le tableau 4 suivant.Dure dexposition (min) 1 10 20 30 60 SEI (ppm) 320 150 115 100 80 SEL1% (ppm) 1 521 688 542 472 372 SEL5% (ppm) 1 720 769 605 526 414

Tableau 4 : Concentrations seuils du H2S en fonction de la dure dexposition

On notera galement les valeurs seuils suivantes pour le H2S : seuil de dtection olfactive : 1 5 g/m3 ; VME et VLE : 5 ppm et 10 ppm ; seuil danesthsie olfactive : 100 ppm (trs dpendant des personnes).

Anoxie (CO2, N2) L'air est compos principalement d'azote et d'oxygne dans des proportions trs prcises. La diminution du taux d'oxygne, due une augmentation du taux d'un autre compos prsent ou non dans la composition de base de l'air, entrane le risque danoxie. Le risque danoxie apparait lorsque le taux doxygne est infrieur 19 % d'oxygne.

3.3 RETOUR DEXPERIENCE SUR DES ACTIVITES DE METHANISATIONUne synthse des accidents survenus sur des mthaniseurs agricoles a t conduite par lINERIS dans le cadre dune tude des risques lis lexploitation des mthaniseurs agricoles pour le MEEDDM [3], sur la base des installations prsentes en Europe (notamment en Allemagne qui possde plus de 3000 installations). Les mthaniseurs agricoles ont un fonctionnement similaire celui des digesteurs industriels, bien que la matire traite soit de nature diffrente (dchets organiques agricoles au lieu de boues de STEP). Cette synthse met en lumire les incidents prsents ci-aprs. Dbordement du mthaniseur : Ce type dincidents se produit assez rgulirement en Allemagne (estimation de 3 4 incidents par an). Il peut tre d une accumulation de sable par exemple. Ce risque peut tre prvenu par : le procd de production des substrats avant leur digestion qui permet un certain contrle de leur qualit (notamment dessablage des effluents),

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le brassage des digesteurs, le systme dalimentation du digesteur (vasque avec trop-plein) qui assure de faon passive un niveau constant dans le digesteur.

Gel des soupapes du mthaniseur Il est plusieurs fois arriv que les soupapes dun mthaniseur glent et ne soient donc plus en tat de fonctionner. Le non fonctionnement dune mesure de matrise des risques (soupape par exemple) est pris en compte dans la mthode danalyse des risques retenue pour cette tude. Envol de la membrane souple dun mthaniseur industriel La membrane souple dun mthaniseur industriel (quip dune membrane simple) sest envole librant ainsi le biogaz stock lintrieur. Une violente tempte a provoqu la sortie du boudin de fixation de sa gorge et donc lenvol de la membrane. Cet vnement est considrer pour les gazomtres. Surpression lintrieur du mthaniseur Deux vnements, survenus en Allemagne et en Espagne, ont impliqu la formation dune surpression interne responsable du dversement lextrieur du mthaniseur. Dans lun des cas, des matires plastiques staient accumules lintrieur du mthaniseur jusqu former une couche tanche la surface de la phase liquide. La raction de fermentation sest poursuivie sous cette couche. La surpression engendre par cette accumulation est responsable de lclatement du mthaniseur, avec mission de projectiles et pandage des matires prsentes. Les soupapes, situes en partie haute, sont inutiles pour prvenir ce type dincident. Ce risque peut tre prvenu par : le procd de production des substrats avant leur digestion qui empche laccumulation de matires plastiques (notamment dgrillage des effluents), le brassage des digesteurs qui empche la formation dune crote.

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4. EVALUATION DE LINTENSITE DES POTENTIELS DANGERS ET DES PHENOMENES DANGEREUX

DE

Ce chapitre a pour objet de dterminer les conditions dans lesquelles les accidents envisags peuvent se produire, et dvaluer leurs consquences sur les personnes et lenvironnement. La dmarche mene au cours de lidentification des risques a consist rpertorier lensemble des vnements redouts susceptibles de se produire sur les installations. La combinaison des vnements redouts avec leurs causes et leurs consquences potentielles permet didentifier les scnarios daccidents majorants. Pour mmoire, un scnario daccident majeur est dfini par : un produit associ un quipement (par exemple du biogaz dans une canalisation), une hypothse de dfaillance ou vnement redout ( titre dexemple, la rupture guillotine dune canalisation), un phnomne physique : explosion de vapeurs, incendie de type feu de torche, feu de cuvette

Il est le rsultat dun enchanement dvnements conduisant dun vnement initiateur un accident majeur, dont la squence et les liens logiques dcoulent de lanalyse des risques. Il est envisageable que plusieurs scnarios mnent un mme phnomne dangereux pouvant conduire laccident majeur.

4.1 SEUILS REGLEMENTAIRESLes grandeurs retenues pour caractriser les risques majeurs sont : - les niveaux de surpression arienne, - les flux thermiques ou la dose thermique, - les seuils deffets toxiques ou la dose toxique. Pour chaque grandeur, des seuils deffets sont dfinis pour les personnes et pour les structures, conformment aux instructions de larrt du 29 septembre 2005 [4]. Ces seuils deffets sont des valeurs limites d'une grandeur reprsentative d'un effet sur les personnes, les biens ou l'environnement, correspondant un niveau d'intensit de l'effet. Les effets irrversibles sur les personnes correspondent des blessures dont les victimes garderont des squelles ultrieures, tandis que les effets ltaux correspondent au dcs.

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EFFETS SUR LES PERSONNESSeuils des effets Seuils des doses thermiques thermiques Seuils des effets de (pour une exposition (pour une exposition surpression de plus d1 2 courte avec un terme minutes avec un terme source non constant) source constant) 20 mbar : / / effets irrversibles par projection de vitres 50 mbar : (4/3) effets irrversibles par 3 kW/m : 600 (kW/m) .s : mise en mouvement effets irrversibles par effets irrversibles par des individus ou rayonnement rayonnement projection de thermique thermique fragments de dcoration diverses. 140 mbar : (4/3) effets ltaux par risque 5 kW/m : 1000 (kW/m) .s : dcrasement ou de premiers effets ltaux premiers effets ltaux choc de fragments par rayonnement par rayonnement massifs de thermique thermique maonnerie ou de bton non renforc 8 kW/m : effets ltaux par rayonnement thermique 1800 (kW/m) .s : effets ltaux par rayonnement thermique(4/3)

Seuils des effets toxiques*

Effets irrversibles par effets indirects

/

Dangers significatifs ou effets irrversibles

Seuil des Effets Irrversibles (SEI) SEI10min(H2S) = 150 ppm SEI30min(H2S) = 100 ppm Seuil des Effets Ltaux (SEL) effets ltaux pour 1% de la population expose SEI10min(H2S) = 688 ppm SEI30min(H2S) = 472 ppm Seuil des Effets Ltaux Significatifs (SELS) effets ltaux pour 5% de la population expose SEI10min(H2S) = 769 ppm SEI10min(H2S) = 526 ppm

Dangers graves ou premiers effets ltaux

200 mbar : Dangers trs graves effets ltaux par effet ou effets ltaux direct (hmorragie significatifs pulmonaire)

Tableau 5 : Seuils deffets sur les personnes(*) Pour les effets toxiques, ces seuils correspondent des concentrations volumiques dans lair (en ppm ou mg/m3). Ils sont spcifiques chaque gaz et disponibles sur le Portail Substances Chimiques de lINERIS (www.ineris.fr). Le gaz toxique de rfrence du biogaz est lH2S (cf tableau 4).

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EFFETS SUR LES STRUCTURESSeuils des effets de surpression Seuils des effets thermiques 5 kW/m

Seuil des destructions de vitres significatives (plus de 10% des vitres) Seuil des dgts lgers

20 mbar 50 mbar : Destruction de 75 % des vitres et occasionnelle des cadres de fentre 140 mbar : Effondrement partiel des murs et tuiles des maisons 200 mbar : Destruction des murs en parpaings Destruction de plus de 50 % des maisons en briques 300 mbar

/

Seuil des dgts graves

8 kW/m

Seuil des effets dominos

8 kW/m

Seuil dexposition prolonge et seuil des dgts trs graves sur les structures, hors structures bton Seuil de tenue du bton pendant plusieurs heures et seuil des dgts trs graves sur les structures bton Seuil de ruine du bton en quelques dizaines de minutes

16 kW/m

/ /

20 kW/m 200 kW/m

Tableau 6 : Seuils deffets sur les structures

4.2 HYPOTHESES ET PRINCIPES DE MODELISATIONSDe faon gnrale, les principes suivants ont t retenus : 1. Etant donns la configuration de ltablissement (distance dau moins 50 mtres entre les installations de procd et la limite de proprit), et son rgime administratif (dclaration ou autorisation), et en application du principe de proportionnalit au risque voqu dans la rglementation [5], les modlisations ont t ralises en utilisant des modles fiables et des hypothses conservatives, notamment : * pour les rejets de biogaz ou de gaz de ville, les distances affiches dans la suite de ce rapport correspondent aux conditions mtorologiques les plus pnalisantes ; pour les explosions dans les locaux, la formation de lATEX air/ CH4 la suite dune fuite dune canalisation de biogaz est identifie comme un mlange la stchiomtrie (combustion totale du mlange librant lnergie maximale de la raction de combustion).

*

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2. Le dimensionnement des futurs locaux et installations nest pas prcis, ce qui a conduit lINERIS proposer les donnes dentre des scnarios de modlisation sur la base de son expertise sur des installations de mme type (local de compression, digesteur, gazomtre, locaux de schage) et partir des plans et des informations fournies pour des installations industrielles et agricoles en sa possession (clients commerciaux de lINERIS). Les rsultats des calculs sont donc donns titre indicatif pour pouvoir obtenir une estimation des consquences accidentelles des principaux scnarios redouts. Dans cette tude, nous considrons le cas le plus rpandu, savoir les mthaniseurs semi-continus. Les risques encourus dans les autres types dinstallation ne diffrent pas de ceux qui seront traits au cours de cette tude.

Schma 1 : Schma simplifi dun mthaniseur semi continu

Les scnarios accidentels retenus pour une configuration de taille industrielle et agricole sont prsents dans le tableau 7 suivant :Description du scnario accidentel Rupture guillotine dune canalisation de biogaz situe lextrieur Explosion dans un local de compression de biogaz lie une rupture guillotine dune canalisation de biogaz situe lintrieur de ce local Spcificit de la configuration de taille industrielle DN = 300 mm P = 1,8 bar rel Tp = 15 C V = 9 000 m3 DN = 300 mm P = 1,8 bar rel Tp = 15 C Spcificit de la configuration de taille agricole (ou semi-industrielle) DN = 250 mm P = 300 mbar rel Tp = 15 C

/

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Description du scnario accidentel Explosion dans un local de schage lie une rupture guillotine dune canalisation de biogaz situe lintrieur de ce local Explosion dans un local de schage lie une rupture guillotine dune canalisation de gaz de ville situe lintrieur de ce local Explosion dans un digesteur en fonctionnement normal Explosion dans un digesteur vide Explosion de lATEX interne dans un gazomtre Explosion de lATEX forme suite la ruine du gazomtre

Spcificit de la configuration de taille industrielle V = 9 000 m3 DN = 250 mm P = 300 mbar rel Tp = 15 C

Spcificit de la configuration de taille agricole (ou semi-industrielle) V = 6 000 m3 DN = 150 mm P = 300 mbar rel Tp = 15 C V = 6 000 m3 DN = 150 mm P = 300 mbar rel Tp = 15 C V = 500 m3 V = 3 000 m3 V = 660 m3 V = 660 m3

/

V = 1 500 m3 V = 9 000 m3 V = 2 000 m3 V = 4 600 m3 V = 2 000 m3 V = 4 600 m3

Tableau 7 : Scnarios accidentels retenus pour une configuration de taille industrielle et agricole

Pour le premier scnario du tableau 7 (rupture guillotine dune canalisation de biogaz lextrieur), les distances deffets de surpression, deffets thermiques et deffets toxiques ont t modlises. Pour les autres scnarios, seules les distances deffets dexplosion primaires ont t dtermines dans la mesure o la liste des scnarios dans le cadre de cette tude tait limite quelques scnarios. Cependant, des calculs de modlisation lis aux effets thermiques et aux explosions secondaires suite louverture du local sont prvoir : ces calculs devront alors tre valus dans le cadre dune tude de dangers rglementaire plus spcifique. Pour le dernier scnario relatif la ruine du gazomtre, on prend comme hypothse linflammation de lATEX forme lissue de sa rupture. En cas de non inflammation de latmosphre libre, des effets toxiques seront alors gnrs sil sagit de biogaz brut ou seront ngligeables dans le cas de biogaz pur (cas le plus probable dans la mesure o terme dans le cadre de linjection proche du biomthane dans le rseau GrdF, le gazomtre servira stocker du biogaz pur).

4.3 RESULTATS DES CALCULS DE MODELISATIONCe sous chapitre prsente les rsultats des modlisations des scnarios accidentels prsents dans le tableau 7.

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4.3.1 RUPTURE GUILLOTINE DUNE CANALISATION DE BIOGAZ SITUEE A LEXTERIEUROn considre la fuite dune canalisation horizontale de biogaz lextrieur de deux types : DN = 300 mm, P = 1,8 bar rel, Tp = 15 (configura tion industrielle), C DN = 250 mm, P = 300 mbar rel, Tp = 15 (configur ation agricole). C

4.3.1.1 GENERALITES SUR LES FUITES DUNE CANALISATION DE BIOGAZ SITUEE A LEXTERIEUR Lorsqu'un gaz est contenu sous pression dans une capacit et lorsque, par suite d'une perte d'tanchit, un lment de cette capacit prsente un orifice de fuite, le gaz sen chappe et se mlange l'air ambiant. Les conditions dans lesquelles le gaz dcharg et l'air se mlangent dpendent de nombreux paramtres. Toutefois, si la fuite se produit l'air libre et tant qu'elle dbite, il est possible d'affirmer que : c'est toujours du gaz pur qui est prsent dans le plan de l'orifice de fuite, au contraire, il existe toujours une zone de l'espace suffisamment loigne de l'orifice de fuite o la concentration de l'air en gaz dcharg reste trs faible voire nulle, la fuite gnre donc un champ de concentration, cause de ce champ de concentration et dans l'hypothse o le gaz dcharg est inflammable, il existe toujours une zone de l'espace o la concentration du gaz dans l'air appartient au domaine d'explosivit et o le mlange air-gaz constitue donc une ATEX. Les paramtres suivants dexplosivit spcifiques au biogaz [2] ont t retenus : une vitesse fondamentale de combustion laminaire de 0,3 m/s, un taux dexpansion de 6.

La modlisation a t ralise avec la mthode multi-nergie prsente en annexe 1. Le schma 2 suivant indique lvolution de la fuite de biogaz partir de lorifice de fuite de la canalisation, la distance datteinte de la LIE et le volume de lATEX de biogaz en mlange avec lair constitu.

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Orifice de fuite

Emplacement de la zone de mlange de l air et du gaz o il n y a pas d ATEX parce que le gaz y est trop dilu Axe du jet

Emplacement de la zone de mlange de l air et du gaz o une ATEX est prsente Canalisation sous Emplacement de la zone de mlange pression de gaz proche de l orifice de fuite o il n y a pas d ATEX parce que le gaz y est trop concentrJanvier 08 19/36 19/36

Lieu des points o la concentration en gaz est gale la LIE

Schma 2 : Fuite de canalisation de biogaz

4.3.1.2 RESULTATS DES CALCULS DE MODELISATION DE FUITE DE CANALISATION DE BIOGAZ A LEXTERIEUR Le calcul dexplosion dans le jet horizontal suite une rupture guillotine dune canalisation horizontale de biogaz (de deux compositions CH4/CO2 diffrentes 60/40 et 80/20) lextrieur a t ralis pour : une canalisation sur un site industriel (DN = 300 mm, P = 1,8 bar rel, Tp = 15 C), une canalisation sur un site agricole (DN = 250 mm, P = 300 mbar rel, Tp = 15 C).

4.3.1.2.1 RESULTATS DES CALCULS DE MODELISATION DEFFETS DEXPLOSION Les distances deffets dexplosion pour chaque composition de biogaz sont reportes dans les tableaux 8 et 9. Effets de pression lis une rupture guillotine dune canalisation sur un site industriel :Dbit (kg/s) Biogaz 80/20 Biogaz 60/40 33 37 Distance la LIE (m) 27 19 Distance 200 mbar (m) 25 17 Distance 140 mbar (m) 30 20 Distance 50 mbar (m) 50 31 Distance 20 mbar (m) 95 60

Tableau 8 : Calculs de modlisation des distances deffets de pression de rupture de canalisation de biogaz (DN = 300 mm, P = 1,8 bar rel, Tp = 15 C)

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Effets de pression lis une rupture guillotine dune canalisation sur un site agricole (ou de taille semi industrielle) :Distance Dbit (kg/s) la LIE (m) Distance 200 mbar (m) 21 16 Distance 140 mbar (m) 25 20 Distance 50 mbar (m) 40 30 Distance 20 mbar (m) 70 50

Biogaz (80/20) Biogaz (60/40)

33 37

21 15

Tableau 9 : Calculs de modlisation des distances deffets de pression de rupture de canalisation de biogaz (DN = 250 mm, P = 300 mbar rel, Tp = 15 C)

Le graphique 1 ci-aprs illustre les effets de pression lis une rupture guillotine de deux types de canalisation de biogaz situes lextrieur.

Graphique 1: Effets de pression lis une rupture guillotine de deux types de canalisation de biogaz situes lextrieur

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4.3.1.2.2 RESULTATS DES CALCULS DE MODELISATION DEFFETS THERMIQUES Les distances deffets thermiques pour chaque composition de biogaz sont reportes dans les tableaux 10 et 11. Effets thermiques lis une rupture guillotine dune canalisation sur un site industriel :Classe de stabilit Biogaz (80/20) Biogaz (60/40) D5 / F3 D5 / F3 dbit (kg/s) Vitesse (m/s) 33 37 353 315 Distances Feux torches (m)SELS (8 KW/m )2

SEL (5 KW/m )

2

SEI (3 KW/m )

2

75 70

85 80

95 90

Tableau 10 : Calculs de modlisation des distances deffets torche de rupture de canalisation de biogaz (DN = 300 mm, P = 1,8 bar rel, Tp = 15 C)

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Effets thermiques lis une rupture guillotine dune canalisation sur un site agricole (ou de taille semi industrielle) :Classe de stabilit dbit (kg/s) Vitesse (m/s) 33 37 235 210 Distances Feux torches (m)SELS (8 KW/m )2

SEL (5 KW/m )

2

SEI (3 KW/m )

2

Biogaz (80/20) Biogaz (60/40)

D5 / F3 D5 / F3

40 35

45 40

50 45

Tableau 11 : Calculs de modlisation des distances deffets torche de rupture de canalisation de biogaz (DN = 250 mm, P = 300 mbar rel, Tp = 15 C)

Le graphique 2 ci-aprs illustre les effets thermiques lis une rupture guillotine de deux types de canalisation de biogaz situes lextrieur.

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Graphique 2: Effets thermiques lis une rupture guillotine de deux types de canalisation de biogaz situes lextrieur

4.3.1.2.3 RESULTATS DES CALCULS DE MODELISATION DEFFETS TOXIQUES Les distances deffets toxiques (gaz de rfrence H2S pour le biogaz brut non pur) pour chaque composition de biogaz brut et chaque canalisation sont reportes dans les tableaux 12 et 13. Pour rappel, les dfinitions des six configurations de composition de biogaz brut et pur retenues sont indiques dans le tableau 2 ci-avant. Il existe en gnral des traitements simples de gaz bruts (par introduction dair) qui ramnent la composition du biogaz pur en H2S quelques dizaines de ppm. La teneur en H2S du biogaz pur (< 100 ppm) reste en de des seuils des effets toxiques SEI (150 ppm / 100 ppm), SEL (688 ppm / 472 ppm) et SELS (769 ppm / 526 ppm) pour une dure dexposition de 10 minutes ou de 30 minutes (cf tableau 4) : en consquence, les modlisations des distances deffets toxiques pour le biogaz pur ne sont pas ralises. Les distances deffets toxiques pour chaque composition de biogaz brut non pur sont reportes dans les tableaux 12 et 13.

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Effets toxiques lis une rupture guillotine dune canalisation sur un site industriel :Classe de stabilit dbit (kg/s) Vitesse (m/s) Distances toxiques (m) SELS SEL SEI 20 / 15 20