LE BLEVE S CHEBIRA Institut dhygine et scurit

LE BLEVE S. CHEBIRA Institut d’hygiène et sécurité industrielle université de BATNA 11

S. CHEBIRA 2

1. Définition 1. Le BLÈVE est un type d’explosion qui se produit à la rupture d’un équipement contenant un liquide dont la tension de vapeur est très supérieure à la pression atmosphérique. 2. Littéralement B. L. E. V. E. signifie Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion explosion, c'est à dire «explosion de vapeur en expansion par ébullition d'un liquide» . 3 S. CHEBIRA 3

2. Produits concernés Il s’agit des gaz liquéfiés combustibles tels que: GPL (propane, butane), Butène, Acétylène, Ammoniac, …, Les gaz liquéfiés non combustibles (CO 2, N 2, Cl 2, Hélium, …) et l’eau a l’équilibre liquide vapeur peuvent être aussi sujets au BLÈVE. S. CHEBIRA 44

3. Equipements concernés Stockage fixe: cigare, sphère Engins de transport: camions, wagons, navires Tuyauteries Bouteilles à gaz Les chaudières S. CHEBIRA 5

4. Les causes Le BLEVE survient lorsque le réservoir qui contient le liquide se rompt. Cette rupture peut être due: à un choc (accident de la circulation d'un camion -citerne, déraillement d'un wagon-citerne, impact), Ø à un excès de pression (sur-remplissage du réservoir), Ø à une fragilisation (corrosion, gel), Ø à un excès de pression du a un incendie voisin entrainant une rupture du métal sous l’action de la chaleur. Ø S. CHEBIRA 6

5. Conditions nécessaires au BLÈVE Équilibre liquide-vapeur et température limite de surchauffe Avant rupture du réservoir Le liquide équilibre liquide- vapeur température d’ébullition Formation de bulles sites actifs* (sites de nucléation ou “nucleïs”) * les impuretés et les interfaces avec les solides. S. CHEBIRA 7

5. Conditions nécessaires au BLÈVE La vapeur est saturée. Pas suffisamment de sites de nucléation dans le liquide température d’ébullition dépassée sans qu’il y ait ébullition : le liquide est surchauffé. Il existe une limite de température, à une pression donnée, au-delà de laquelle se développent des bulles de vapeur dans tout le liquide, même en l’absence de sites de nucléation. S. CHEBIRA 8

5. Conditions nécessaires au BLÈVE Cette limite est la température limite de surchauffe appelée encore “température de nucléation spontanée”. La droite passant par la température critique et la température limite de surchauffe est appelée droite limite de surchauffe. Elle détermine le domaine au-delà duquel la nucléation spontanée est possible. S. CHEBIRA 9

Courbes de tension de vapeur et droite limite de surchauffe S. CHEBIRA 10

Différentes étapes du phénomène de BLEVE S. CHEBIRA 11

6. Description du phénomène BLEVE Nous verrons successivement: A. Le BLEVE froid B. Le BLEVE chaud S. CHEBIRA 12 12

Le BLEVE froid S. CHEBIRA 13 13

Le BLEVE froid Le BLEVE survient lorsque le produit est a une température inferieure à sa température limite de surchauffe (TLS). Il se produit une violente ébullition en surface avec des effets non négligeables (aérosols, onde de pression, projectiles, …)et la température décroit jusqu’à la température d’ébullition normale. S. CHEBIRA 14 14

Le BLEVE froid : scenario Une fissure se crée. Au niveau de cette fissure, la pression de l'air, (pression atmosphérique à environ 1 bar), passe brusquement à la pression du réservoir (typiquement plusieurs dizaines à centaines de bar), il y a donc une première onde de surpression, un «bang» . S. CHEBIRA 15 15

Le BLEVE froid Le gaz s'échappe par cette fissure, sous la forme d'un jet. La pression baisse rapidement dans le réservoir. Le liquide se met à bouillir, non pas sous l'effet de la chaleur, mais sous l'effet de la chute de pression (Pext<PVS). S. CHEBIRA 16 16

Le BLEVE froid La pression augmente de manière très importante dans le réservoir. Le jet de gaz peut entraîner des gouttelettes (aérosol), qui viennent gêner l'échappement du gaz et contribuent ainsi à la montée en pression. Cette ré-pressurisation provoque la propagation de la fissure puis la rupture totale du réservoir avec une deuxième onde de surpression. S. CHEBIRA 17 17

6. Effets La soudaine décompression du gaz liquéfie entraine des ondes de pression et la projection éventuelle de fragments. Boule de feu reste au sol. S. CHEBIRA 18 18

Le BLEVE chaud S. CHEBIRA 19 19

Le BLEVE chaud Le BLEVE survient lorsque le produit est a une température supérieure à sa température limite de surchauffe (TLS). En quelques millisecondes une violente vaporisation dans la masse se produit. On est en présence d’une véritable explosion. S. CHEBIRA 20

Le BLEVE chaud: scenario Dans les cas les plus graves, la rupture du réservoir est due à un échauffement par un feu extérieur, par exemple lorsqu'une mare de produit enflammé se répand sous le réservoir, par un jet de feu provenant d'un réservoir voisin, ou bien lorsque des flammes viennent lécher les parois du réservoir. S. CHEBIRA 21 21

Le BLEVE chaud: scénario Sous l'effet de la chaleur, le liquide dans le réservoir se met à bouillir, La pression (PVS) dans le réservoir augmente Le gaz s'échappe alors par une valve de surpression (soupape de sécurité), pouvant produire à cette occasion un jet de feu. S. CHEBIRA 22 22

Le BLEVE chaud : scenario Le niveau de liquide baisse dans le réservoir. Le gaz conduisant bien moins la chaleur que le liquide, la partie de la paroi du réservoir qui se trouve au-dessus du liquide s'échauffe de manière très importante (dans la partie basse, la chaleur de la paroi est évacuée de l'autre côté par la convection du liquide). S. CHEBIRA 23 23

Le BLEVE chaud : scenario 4 effets : Ø Rupture de la paroi Ø Libération brutale du gaz Ø Vaporisation instantanée du liquide (effet de pression) Ø Formation d’une boule de feu si gaz inflammable S. CHEBIRA 24 24

Le BLEVE chaud On voit que par rapport au cas précédent, c'est la soupape qui joue le rôle de la fissure initiale. Il ne faut pas en déduire que la soupape a un rôle néfaste, bien au contraire : comme la température monte, la pression monte de toutes manières, la soupape permet de retarder l'accident et de laisser plus de temps aux secours pour évacuer et combattre le sinistre. Elle peut même empêcher l'explosion. S. CHEBIRA 25 25

Le BLEVE conséquences S. CHEBIRA 26 26

Le BLEVE conséquences Il faut donc s'attendre à des blessures dues: Ø à des brûlures par radiation et projection de liquide enflammé, Ø à des traumatismes associés : chute, projection d'éclats (shrapnells : bouts de verre, éclats métalliques, réservoir, pierres), écroulement d'un mur ou d'un toit. Ø à l'effet de souffle (blast ) Les effets prédominant sont ceux S. CHEBIRA 27 27

Exemple: Camion citerne S. CHEBIRA 28 28

Chronologie d’un BLEVE Prenons l’exemple d’un wagon citerne transportant un gaz liquéfié. Dans cette citerne se trouve 2 phases : Phase gazeuse en partie supérieure Phase liquide en partie inférieure S. CHEBIRA 29

a. Etape 1 : Il faut être en présence d’une citerne transportant un gaz liquéfié S. CHEBIRA 30

b. Etape 2: Le réservoir est soumis à un rayonnement produit, par exemple, par un incendie ce qui aura pour conséquence de fragiliser sa paroi S. CHEBIRA 31

c. Etape 3: L’élévation de la température du liquide entraîne un phénomène de vaporisation donc une augmentation de pression de la partie gazeuse. S. CHEBIRA 32

d. Etape 4: La pression élevée à l’intérieur de la citerne et la fragilisation de la paroi va entraîner la rupture de celle -ci et par conséquent évaporation instantanée de tout le produit contenu dans la citerne. S. CHEBIRA 33

e. Etape 5: Cette évaporation instantanée provoque une onde de choc qui projette des « missiles » S. CHEBIRA 34

f. Etape 6 (facultative): Si le produit est inflammable et sous certaines conditions, il s’enflammera en formant une boule de feu. S. CHEBIRA 35

7. Estimation des effets du BLEVE Différentes formules de calcul, basées principalement sur des corrélations empiriques estimant les effets d’un BLEVE. Le modèle TNO est parmi les modèles plus largement utilisés. Ce modèle a été établi pour les BLEVE d'hydrocarbures uniquement. S. CHEBIRA 36 36

8. Caractéristiques de la sphère simulée en BLEVE Ø Ø Ø La sphère considérée en BLEVE possède les caractéristiques suivantes : Produit: Propane commercial ; Volume de la sphère: 1600 m 3; Taux de remplissage: 85%; Température critique Tc = 96, 8 °C; Pression à la rupture: 15. 4 Bar. S. CHEBIRA 37 37

Exemple: Sphère S. CHEBIRA 38 38

Estimation des effets du BLEVE Calcul de la température limite de surchauffe (TLS): TLS = 0, 885. Tc ; (avec Tc: Température critique) TLS = 0, 885 (96, 8+273) = 327, 27 K 54 °C a. Diamètre de la boule de feu (en m): D = 6. 48 x M 0. 325 ; (M: masse de liquide en Kg) M = 1600 x 85/100 x 452 = 614720 kg D = 6, 48 x 614720 0, 325 = m b. Duré de la boule de feu (en s): t = 0, 852 x M 0, 26 t = 0. 852 x 614720 0, 26 = s Ø S. CHEBIRA 39 39

Estimation des effets du BLEVE c. Effets du rayonnement sur l’être humain: Ø Ø distance correspondant au seuil de létalité (5 kw/m² = mortalité de 1% par brûlures): d. L = 3, 12 x M 0, 425 d. L = 3, 12 x 614720 0, 425 = m distance correspondent au seuil de brûlures significatives (3 kw/m²): d. S = 4, 71 x M 0. 405 d. S = 4, 71 x 614720 0. 405 = S. CHEBIRA m 40 40

Estimation des effets du BLEVE d. Effets des surpressions sur l’être humain: Distance correspondant au seuil de létalité: DL = 3, 84 x M 1/3 DL = 3, 84 x = m Ø Distance correspondant au seuil de blessures significatives : DS = 8, 7 x M 1/3 DS = 8, 7 x = m Ø S. CHEBIRA 41

S. CHEBIRA Sphère en feu 42

S. CHEBIRA 43

9. Mesures de prévention contre le phénomène BLÈVE la prévention, visant à éviter l’occurrence d’une situation dégradée susceptible de conduire à un BLEVE, consiste a: a. Prévenir et limiter les fuites des produits inflammables stockés; b. Prévenir l’inflammation d’une éventuelle atmosphère explosive susceptible d’être formée; S. CHEBIRA 44

a. Prévention contre les fuites des produits inflammables: Afin de prévenir et limiter les fuites des produits inflammables stockés, il y a lieu : de protéger les équipements susceptibles de contenir de tels produit contre : ØLes agressions mécaniques; ØLa corrosion; ØLe gel; de mettre en œuvre des équipements surdimensionnés par rapport aux contraintes d’utilisation; disposer des détecteurs d’atmosphère explosive. Ici encore, en cas de détection, il convient de mettre l’installation en sécurité, . . . S. CHEBIRA 45

a. Prévention contre les fuites des produits inflammables: de prévenir les sur-remplissages par la mise en œuvre de procédures et de détections de niveau haut et très haut redondées de manière indépendante entraînant automatiquement dans le cas échéant, la mise en sécurité des installations (fermeture des vannes, arrêt des pompes et compresseurs, . . . ); de prévenir les surpressions par des dispositifs limiteurs de pression et des détecteurs de pression haute, entraînant CHEBIRA 46 automatiquement la. S. mise en sécurité des

b. Prévention contre l'inflammation d'une atmosphère explosive Pour prévenir l’inflammation d’une éventuelle atmosphère explosive, il y a lieu : d’employer des matériels adaptés aux atmosphères explosives; de soumettre les travaux par point chaud à la délivrance d'un permis de feu et à la mise en œuvre de toutes les précautions nécessaires; S. CHEBIRA 47

Vue de la boule de feu (4, 6 s après l’éclatement) ; le point 2 est un fragment du réservoir à une altitude de 200 m S. CHEBIRA 48 48

A RETENIR S. CHEBIRA 49 49

A RETENIR – les dangers Ø De violentes explosions peuvent se produire à tout moment. Ø Le risque d’explosion est présent tant que le produit n’a pas brûlé ou été inactivé. Ø De gros débris peuvent être projetés loin du sinistre. Les nuages de vapeur se dirigent généralement vers le bas. Ils peuvent s’enflammer et exploser. Ø Ø La distance approximative de la source au seuil des blessures notables pour une bouteille de gaz butane, propane ou GPL de 13 kg est de 52 m. S. CHEBIRA 50 50

A RETENIR - conduite à tenir en cas de feu mettant en cause un réservoir Ø Ø Ø Établir un périmètre de sécurité adapté au risque et veiller à son respect (forces de l’ordre). Refroidir à l’aide d’eau pulvérisée en grande quantité et en priorité la partie du réservoir située au dessus du niveau du liquide (10 l/mn/m 2). Ne pas utiliser de jet « bâton » . La tenue d’approche ne protège pas de l’effet missile. Toute structure non combustible peut servir d’écran. Les structures maçonnées n’offre qu’une faible protection contre les S. effets missiles. 51 CHEBIRA 51

A RETENIR- conduite à tenir en cas de feu mettant en cause un réservoir Ø Ø Il ne faut attaquer le feu que si les personnes ou les biens sont en danger. Si seuls les biens sont menacés, les actions en zone de danger sont à exclure (agir depuis l’extérieur de celle-ci tant que le réservoir n’a pas pu être convenablement refroidi). Les lances fixes ou fixées doivent être privilégiées. Lorsque le réservoir a été refroidi, procéder à l’extinction de l’incendie menaçant le réservoir si celle-ci n’a pu être réalisée S. CHEBIRA 52 52

A RETENIR- conduite à tenir en cas de feu mettant en cause un réservoir Ø Ø Si le réservoir n’est pas déformé, le dégager lorsque l’approche de celui-ci devient possible sans danger. Ne jamais manipuler un réservoir sans l’avoir refroidi au préalable. Toute déformation volumétrique visible d’un réservoir doit être considérée comme un signe d’une explosion éminente. En cas de fuite enflammée ne pas éteindre la flamme mais refroidir les S. CHEBIRA 53 53

Protection contre l'incendie : Rampe de pulvérisation d'eau S. CHEBIRA 54

S. CHEBIRA 55

Protection thermique : calorifuge, ignifuge, peinture intumescente, mur écran (contre flux thermique d'un feu voisin), talutage (terre, "Texsol"). S. CHEBIRA 56

Système sous talus en ‘‘Texsol’’ S. CHEBIRA 57 57

FIN S. CHEBIRA 58