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Risque explosion
 

2Définition et caractéristiques2

Il y a lieu de distinguer deux types d’explosions :

La première est une explosion résultant d’une combustion à vitesse élevée (voir "Risque incendie"). Elle peut se produire, soit au sein même d’un produit ou engin explosif , soit au sein du mélange d’un gaz ou de poussières inflammables avec l’air. Dans ce dernier cas, une flamme se propage dans le mélange à une vitesse de 1 à 10 mètres par seconde selon la réactivité du combustible et les proportions du mélange. Cette flamme projette devant elle des ions propageant la réaction de combustion dans le mélange frais. Les gaz résultant de la combustion (CO2 et H2O notamment) sont répartis à l’arrière du front de flamme, sur laquelle ils exercent une poussée.

Un autre type d’explosion est un éclatement pneumatique, par exemple éclatement d’un réservoir clos (typiquement un réacteur), dû à l’augmentation excessive de la pression des gaz qu’il contient ou à l’affaiblissement localisé de la résistance de ses parois.

On observe aussi des explosions résultant de la mise en présence de substances chimiques dites "incompatibles", qui réagissent violemment entre elles.

2Comment une explosion peut se produire2

Pour le cas d’une explosion de gaz ou de poussières, les causes sont les mêmes que celles de l’incendie. Les sources d’inflammation possibles sont variées :

  • Flamme nue ou solide incandescent
  • Point chaud provoqué par un effet Joule ou par une friction
  • Foudre
  • Etincelle électrique ou électrostatique
  • Compression adiabatique d’un gaz (qui donc s’échauffe)
  • etc.

Les causes d’inflammation peuvent être naturelles (foudre), humaines (imprudence, malveillance) ou technologiques.

Les mélanges avec l’air de substances inflammables ou combustibles sont plus ou moins sujets à l’inflammation. On a recours aux grandeurs caractéristiques suivantes (elles sont établies d’après des normes) :

  • Limite inférieure d’explosivité ou LIE : concentration minimale d’un gaz ou d’une poussière combustible dans l’air pour former un mélange capable d’exploser en présence d’une source d’inflammation spécifiée (méthane : 5% en volume, poussière de blé : 50 g/m3) ; en dessous de la LIE, le mélange est dit "trop pauvre" pour exploser
  • Limite supérieure d’explosivité ou LSE : concentration maximale d’un gaz dans l’air pour former un mélange capable d’exploser en présence d’une source d’inflammation spécifiée (méthane : 15% en volume) ; au dessus de la LSE, le mélange est dit "trop riche" pour exploser.

A l’origine de l’accident d’éclatement de réservoir se trouve souvent le défaut dit de "surremplissage" d’un liquide ou d’un gaz liquéfié. Une part suffisante du réservoir doit en effet toujours être réservée à la phase gazeuse, pour permettre l’évaporation du liquide lors des variations externes de température et l’augmentation modérée de la pression interne. Le surremplissage et la diminution consécutive du volume laissé aux gaz peut provoquer l’éclatement du réservoir.

2Les effets de l’explosion2

L’explosion produit essentiellement des effets de surpression et des effets thermiques ainsi que des effets de projection.

Les effets de surpression engendrés par une explosion due à la production de gaz de combustion, sont relativement restreints en champ libre. En fonction du degré de confinement et d’encombrement du lieu où se produit l’explosion, les effets de surpression peuvent devenir importants. Dans les cas de fort confinement, elle peut atteindre une dizaine de bars. La quasi-totalité des explosions de gaz ou de poussières présentent des vitesses de flamme inférieures à 100 mètres par seconde et des surpressions inférieures à 10 bar : ce sont des déflagrations. Dans certaines conditions (notamment dans des conditions de confinement de produits), des transitions de déflagration à détonation sont possibles.

Les effets d’un d’éclatement de réservoir sont d’une part des effets de surpression, dus à l’expansion brutale des gaz comprimés et à la vaporisation instantanée d’une partie de la phase liquide, et d’autre part des projections de fragments du réservoir.

Les valeurs seuils réglementaires pour l’évaluation des effets de surpression sur l’homme ou les structures, sont les suivantes :

  • 20 mbar correspondant aux effets de bris de vitres
  • 50 mbar correspondant aux effets irréversibles et aux dégâts légers sur les structures
  • 140 mbar correspondant aux premiers effets létauxet aux dégâts sérieux sur les structures
  • 200 mbar correspondant aux effets létaux significatifs et aux dégâts graves sur les structures
  • 300 mbar correspondant à des dégâts très graves sur les structures

Les effets thermiques d’une explosion sont dus au rayonnement de la flamme et des gaz chauds de combustion. Leur portée et leur gravité sont variables selon l’étendue de la propagation de l’explosion et selon sa vitesse. Plus une explosion sera confinée ou en milieu encombré, plus la vitesse de flamme et la surpression seront grandes ; les effets thermiques seront alors moins marqués, la flamme "passant trop vite", et les effets de surpression seront nettement prépondérants. Par ailleurs, plus les conditions d’explosivité du mélange seront réunies sur une étendue vaste, plus les cibles distantes seront affectées par les effets cumulatifs du rayonnement.

Description des dommages engendrés par le rayonnement thermique sur l’homme ou les structures : "Risque incendie".

2Comment prévenir les explosions ou en limiter les effets ?2

Il faut veiller à ce que le combustible (gaz ou poussières), le comburant (l’air) et la source d’inflammation ne forment jamais des conditions favorables à une explosion, par exemple :

  • en supprimant le comburant : suppression de l’air par des toits flottants dans les bacs d’hydrocarbures, ou substitution par un ciel de gaz neutre pour les liquides hautement inflammables ou les liquides inflammables chauffés,
  • en supprimant le combustible : ventilation suffisante des locaux susceptibles de contenir des gaz inflammables (maintien du mélange gaz-air en dessous de la LIE), détection de fuites de gaz ou de liquides inflammables, aspiration des poussières combustibles à leur point de production, nettoyages réguliers des dépôts de poussières (dans les silos de stockage de céréales),
  • en supprimant la source d’inflammation : éloignement ou suppression de toute source de chaleur, utilisation de matériels électriques isolés, adaptés aux atmosphères explosibles (ATEX), consignes de permis de feu et de permis de travaux.

Il faut également limiter le confinement pour éviter les effets de surpression importants, par exemple en aménageant des surfaces spéciales (évents) s’ouvrant sous l’effet d’une surpression pré-calculée, et évacuant ainsi l’énergie de l’explosion avant qu’elle ne se transmette à d’autres zones à atmosphère explosible (cas dans les silos).

Dans le cas des explosions de poussières, on cherche enfin à éviter la transmission de l’explosion d’un volume à un autre en pratiquant des séparations résistantes (découplages) entre les volumes. Le souffle d’une explosion étant capable de mettre en suspension d’éventuels dépôts de poussières accumulées sur les surfaces, elle peut en effet trouver dans un volume initialement dénué d’atmosphère explosible de nouvelles conditions propices à l’explosion, avec la possibilité d’un effet de croissance accélérée en chaîne (scénario de l’accident de Blaye en Gironde, en 1997 - silo).