S CHEBIRA 1 Quest ce quune explosion 1
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Qu’est ce qu’une explosion ? 1. Une explosion c’est la transformation 1. rapide d’un système matériel donnant lieu à une forte émission de gaz, accompagnée éventuellement d’une émission de chaleur importante. 2. L'explosion est une réaction brusque d'oxydation ou de décomposition entrainant une élévation de température, de pression ou les deux simultanément; S. CHEBIRA 2
HEXAGONE : les six conditions à remplir pour une explosion l la présence d’un comburant l la présence d’un combustible, l la présence d’une source d’inflammation, l un combustible sous forme gazeuse, d’aérosol ou de poussières, l l’obtention d’un domaine d’explosivité c’est-à-dire le domaine de concentration du combustible dans l’air à l’intérieur duquel les explosions sont possibles, l un confinement suffisant. S. CHEBIRA 3
Hexagone: six conditions doivent être réunies simultanément pour qu'une explosion soit possible S. CHEBIRA 4
Deux Régimes d ’Explosion L'explosion d'un mélange gazeux enflammé peut prendre deux formes: l La Déflagration : se propage avec une vitesse de l’ordre de quelques mètres par seconde sous la pression atmosphérique, inférieure à la vitesse du son dans les gaz imbrûlés. Vitesse grande < Vitesse du son (1 à 10 m/s) et les surpressions sont de l'ordre de 4 à 10 bars. l La Détonation : se propage avec une vitesse supersonique dans les gaz imbrûlés, de l’ordre de 1 000 à 3 000 m/s. Vitesse > Vitesse du son et les surpressions (jusqu’à 49 bars). S. CHEBIRA 5
Grandeurs caractéristiques de la violence des explosions l Pression maximale d'explosion Pmax( en fonction du temps jusqu'a une valeur max. liée à la nature et la concentration du gaz); l Vitesse d'accroissement de la pression d. P/dt max: Le temps mis pour atteindre la pression max est variable selon chaque gaz ou vapeur et selon le volume et la forme ou se déroule l'explosion. S. CHEBIRA 6
Caractéristiques des mélanges gazeux inflammables 1. Phase gazeuse inflammable: Une phase gazeuse est inflammable lorsqu’elle permet la propagation d’une flamme. Il peut s’agir d’une flamme de combustion impliquant un gaz carburant et un gaz comburant. Il peut aussi s’agir d’une flamme de décomposition d’un gaz instable, pur ou en mélange avec un gaz inerte. S. CHEBIRA 7
Caractéristiques des mélanges gazeux inflammables 2. Mélanges inflammables: Un mélange gazeux est inflammable lorsqu’il est constitué d’un gaz carburant ou d’un mélange de gaz carburants et d’un gaz comburant. l Le carburant peut être un hydrocarbure comme le gaz naturel, le propane, des vapeurs de solvants, l’hydrogène ou la vapeur d’un métal oxydable. l Le comburant peut être l’oxygène, l’air, des mélanges d’oxygène et d’azote de composition variable mais aussi des gaz oxydants comme le chlore, l’hémioxyde d’azote N 2 O, les autres oxydes de l’azote (NO, NO 2), le fluor et le brome, des gaz oxydants complexes comme NF 3. l Les mélanges gazeux peuvent contenir des gaz diluants non oxydables comme l’azote, le gaz carbonique CO 2, l’argon, la vapeur d’eau, l’acide chlorhydrique HCl, etc. S. CHEBIRA 8
Limites d’inflammabilité ou d’explosivité 100 % La concentration, en %, nécessaire pour qu’un gaz ou une vapeur dans l ’air créée un mélange inflammable est encadrée par 2 valeurs Limites : L. S. E. L. I. E. 0% S. CHEBIRA 9
Limites d’inflammabilité ou d’explosivité La limite Inférieure d’explosivité : (LIE) est la concentration minimale en gaz carburant susceptible d’être enflammée [en anglais lower flammability limit (LFL)]. La limite Supérieure d’explosivité : (LSE) est la concentration maximale en gaz carburant susceptible d’être enflammée [en anglais upper flammability limit (UFL)]. S. CHEBIRA 10
Limites d’inflammabilité ou d’explosivité Au-dessous de la LIE, la concentration en gaz carburant est trop faible pour permettre la propagation de la flamme. Au-dessus de la LSE, la concentration en gaz comburant est insuffisante pour permettre la propagation de la flamme. S. CHEBIRA 11
Limites d’inflammabilité ou d’explosivité Exemples : 0% 2, 4 % Concentration de Gaz 100 % 9, 3 % Propane Acétylène 2, 5 % 81 % L. I. E. Zone d ’Inflammabilité L. S. E. S. CHEBIRA 12
Limites d’inflammabilité ou d’explosivité La Zone d ’inflammabilité est la zone la plus Dangereuse La Zone au delà de Zone d ’inflammabilité est la zone la plus Redoutable : passage obligatoire par une phase entre LIE et LSE lors de la ventilation S. CHEBIRA 13
Limites d’inflammabilité ou d’explosivité Quelques valeurs de Limites : Ces données sont évaluées à température et pression normales. S. CHEBIRA 14
Limites D'inflammabilité de mélanges de gaz et vapeurs inflammables On utilise souvent la loi de Le Chatelier: L= 100 / (P 1/N 1+P 2/N 2+…Pi/Ni) l L: Limite inférieure (ou supérieure) du mélange final en % l P 1, P 2, …Pi: les proportions en % de chacun des gaz combustibles présent dans le mélange l N 1, N 2, …Ni: sont les limites inférieures (supérieures) de chacun des constituants. S. CHEBIRA 15
Limites D'inflammabilité de mélanges de gaz et vapeurs inflammables Exemple : gaz naturel présentant la composition suivante : Méthane : 80 %(vol) LIE = 5, 0 %(vol) Éthane : 15 %(vol) LIE = 3, 0 %(vol) Propane : 4 %(vol) LIE = 2, 2 %(vol) Butane : 1 %(vol) LIE = 1, 8 %(vol) La LIE du mélange est : LIE = 100/(80/5 + 15/3 + 4/2, 2 + 1/1, 8) = 4, 3 % (vol) S. CHEBIRA 16
Effet des surpressions engendrées par une déflagration Un des moyens simples pour traduire les effet d’une explosion accidentelle, est l’équivalent TNT (Tri Nitro Toluène) de cette explosion. l De l’expérience il peut être déduit une masse de TNT explosif très connu, dont l’explosion engendre les mêmes dommages aux mêmes distances qu’ 1 kilo de gaz combustible dans l’air en partant des constations suivantes : l l’énergie libérée par la combustion complète d’ 1 kilo de gaz est environ 10 fois supérieure à celle libérée par 1 kilo de TNT l le rendement total de l’explosion est de l’ordre de 3, 5 % c’est-à-dire qu’uniquement 3, 5 % de la masse disponible de gaz libéré participe à l’explosion. S. CHEBIRA 17
Effet des surpressions engendrées par une déflagration Une valeur pessimiste du rendement total prise égale à 10 % permet d’adopter l’équivalence suivante : 1 kg de TNT = 1 kg de gaz libéré On peut connaître approximativement les surpressions engendrées par une déflagration et les risques encourus en fonction de la distance réduite en utilisant l'abaque de Lannoy (page suivante). S. CHEBIRA 18
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Explosion de poussières l Pour que les poussières explosent, il faut quelles soient combustibles, quelles forment avec l'air un nuage, mélange relativement homogène, de concentration convenable et satisfaisant a certaines conditions. l Une source d'inflammation ou l'élévation à une température suffisante induisent, sur les particules d'un tel nuage, des réactions exothermiques. S. CHEBIRA 20
Explosion d'un silo à Blaye (Gironde) en 1997 S. CHEBIRA 21
Exemples caractéristiques d’explosions en milieu de travail l Explosion à bord d’un pétrolier, après déchargement de brut, dont les panneaux étaient ouverts ; inflammation par la foudre (6 mort, 5 blesses) ; l Les explosions de vapeurs d’essence automobile lors de ravitaillement dans les stations de distributions ne sont pas exceptionnelles. L’inflammation peut être due à une imprudence de fumeur. l Dans une cuve enterrée ayant contenu des déchets de raisin, la fermentation a dégagé des gaz inflammables. Un ouvrier, descendu dans la cuve, allume son briquet pour s’éclairer. Explosion, un mort ; l Au cours de travaux de revêtement de sol dans des locaux mal aérés et non ventilés, explosions de vapeurs émises par S. CHEBIRA d’un aspirateur. 1 mort et 2 22 la colle, initiées par les étincelles blessés.
l Explosion d’un fût vide ayant contenu des hydrocarbures lors de son découpage au chalumeau. 2 morts. l Lors de l’enfournement, par pelletage, de sciure et de poussières de bois dans une chaudière, déflagration du nuage formé près du foyer, entraînant la mort du pelleteur. l Dans un silo ayant contenu des matières inflammabls, un ouvrier réalise des travaux par point chaud (soudure). Un autre ouvrier, de l’extérieur du silo, frappe sur les parois. Il provoque la mise en suspension d’un nuage de poussières à l’intérieur, qui s’enflamme instantanément au contact de la flamme. L’opérateur est gravement brûlé. S. CHEBIRA 23
FIN S. CHEBIRA 24
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