La méthode HAZOP - miageprojet2
Une vue d'ensemble des méthodes d'analyse des risques ..... La méthode
HAZOP, pour HAZard OPerability, a été développée par la société Imperial
Chemical ...
part of the document
TOC \o "1-3" \h \z \u
HYPERLINK \l "_Toc225852284" Généralité sur la sécurité des procédés PAGEREF _Toc225852284 \h 4
HYPERLINK \l "_Toc225852285" Le processus de danger PAGEREF _Toc225852285 \h 5
HYPERLINK \l "_Toc225852286" Une vue d'ensemble des méthodes d'analyse des risques PAGEREF _Toc225852286 \h 7
HYPERLINK \l "_Toc225852287" Analyse Préliminaire des dangers et des Risques (APR) PAGEREF _Toc225852287 \h 9
HYPERLINK \l "_Toc225852288" La méthode HAZOP PAGEREF _Toc225852288 \h 10
HYPERLINK \l "_Toc225852289" La méthode des arbres PAGEREF _Toc225852289 \h 12
HYPERLINK \l "_Toc225852290" Arbre des causes ou des défaillances PAGEREF _Toc225852290 \h 12
HYPERLINK \l "_Toc225852291" Arbre des événements PAGEREF _Toc225852291 \h 13
HYPERLINK \l "_Toc225852292" La méthode MOSAR PAGEREF _Toc225852292 \h 14
HYPERLINK \l "_Toc225852293" Démarche de la maitrise des risques PAGEREF _Toc225852293 \h 16
HYPERLINK \l "_Toc225852294" Combustion-explosions et feux de gaz et de vapeurs PAGEREF _Toc225852294 \h 17
HYPERLINK \l "_Toc225852295" Caractéristiques PAGEREF _Toc225852295 \h 17
HYPERLINK \l "_Toc225852296" Processus de combustion de gaz ou de vapeurs inflammables PAGEREF _Toc225852296 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc225852297" Le phénomène dexplosion PAGEREF _Toc225852297 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc225852298" Explosions de gaz ou de vapeurs en milieu confiné PAGEREF _Toc225852298 \h 19
HYPERLINK \l "_Toc225852299" Prévention et protection des explosions de gaz en milieu confiné PAGEREF _Toc225852299 \h 21
HYPERLINK \l "_Toc225852300" Explosions de gaz ou de vapeurs en milieu non confiné PAGEREF _Toc225852300 \h 21
HYPERLINK \l "_Toc225852301" UVCE PAGEREF _Toc225852301 \h 21
HYPERLINK \l "_Toc225852302" Méthodologie PAGEREF _Toc225852302 \h 24
HYPERLINK \l "_Toc225852303" Le BLEVE PAGEREF _Toc225852303 \h 26
HYPERLINK \l "_Toc225852304" Incendie PAGEREF _Toc225852304 \h 28
HYPERLINK \l "_Toc225852305" Définition PAGEREF _Toc225852305 \h 28
HYPERLINK \l "_Toc225852306" Feux de flaque ou de cuvette PAGEREF _Toc225852306 \h 29
HYPERLINK \l "_Toc225852307" Les effets PAGEREF _Toc225852307 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc225852308" Les effets des explosions de gaz ou de vapeur sur lhomme PAGEREF _Toc225852308 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc225852309" Les effets des explosions de gaz ou de vapeur sur les bâtiments, constructions et structure PAGEREF _Toc225852309 \h 31
HYPERLINK \l "_Toc225852310" Les effets du rayonnement thermique sur lhomme PAGEREF _Toc225852310 \h 31
HYPERLINK \l "_Toc225852311" Eléments de dispersion atmosphérique PAGEREF _Toc225852311 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc225852312" La dispersion atmosphérique PAGEREF _Toc225852312 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc225852313" Mécanisme physique PAGEREF _Toc225852313 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc225852314" 1. Les conditions de rejet PAGEREF _Toc225852314 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc225852315" 2. Les conditions métrologiques PAGEREF _Toc225852315 \h 34
HYPERLINK \l "_Toc225852316" 3. Environnement PAGEREF _Toc225852316 \h 35
HYPERLINK \l "_Toc225852317" Nuage toxique PAGEREF _Toc225852317 \h 36
HYPERLINK \l "_Toc225852318" Méthodologie PAGEREF _Toc225852318 \h 36
HYPERLINK \l "_Toc225852319" Analyse PAGEREF _Toc225852319 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc225852320" La source démission PAGEREF _Toc225852320 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc225852321" Champ dapplication de la dispersion atmosphérique PAGEREF _Toc225852321 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc225852322" Léquation fondamentale générale de la diffusion-dispersion PAGEREF _Toc225852322 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc225852323" Le modèle Gaussien de dispersion passive PAGEREF _Toc225852323 \h 39
HYPERLINK \l "_Toc225852324" Dispersion de gaz dense PAGEREF _Toc225852324 \h 40
HYPERLINK \l "_Toc225852325" Modélisation de la dispersion dun gaz PAGEREF _Toc225852325 \h 40
L'Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques a pour mission d'évaluer et de prévenir les risques accidentels ou chroniques pour l'homme et l'environnement, liés aux installations industrielles, aux substances chimiques et aux exploitations souterraines. Maîtriser le risque pour un développement durable.
Plusieurs documents ont été publiés par l'INERIS et dautres groupes de travail sur les méthodes pour lévaluation et la prévention des risques accidentels:
La dispersion atmosphérique
Explosion de gaz à l'air libre
Le BLEVE
Etude d'impact et de dangers des ICPE
Ces documents comprennent des propositions et des recommandations et ils ont pour but d'aider les gestionnaires du risque à prendre les bonnes décisions.
Après un aperçu sur la terminologie de la sécurité et sur quelques indicateurs de danger et leur perception, l'ouvrage Sécurité des procédés chimiques (connaissances de base et méthodes d'analyse de risques) passe en revue les connaissances de base et les principales méthodes d'analyse de risque à prendre en compte dans la conception, le développement, l'exploitation, l'entretien et la maintenance d'un procédé chimique.
Généralité sur la sécurité des procédés
Il existe 6 grandes familles :
les risques naturels : avalanche, feu de forêt, inondation, mouvement de terrain, cyclone, tempête, séisme et éruption volcanique ;
les risques technologiques : d'origine anthropique, ils regroupent les risques industriels, nucléaires, biologiques, rupture de barrage...
les risques de transports collectifs (personnes, matières dangereuses) sont des risques technologiques.
les risques de la vie quotidienne (accidents domestiques, accidents de la route...) ;
les risques liés aux conflits.
les risques professionnels liés à la sécurité et à la protection de la santé des travailleurs (CNAMTS-INRS) (Goguelin, 1996)
Cet ouvrage cible plus les risques technologiques industriels, les risques qui sont liés aux activités industrielles.
D'après les cartes nationales d'implantations des installations Seveso et des densités de population (p.4), les zones où se trouvent les établissements dangereux concordent avec la forte densité de population.
Un accident technologique majeur impact plus la société que les accidents domestiques, accidents de la route... Le nombre d'accidents mortels dans l'industrie et surtout dans les industries chimiques, pharmaceutiques et pétrolières sont en baisse d'année en année.
Les risques individuels de décès peuvent être calculés par un indicateur qui consiste à exprimer le nombre annuel d'accidents mortels sur la totalité de la population.
D'autre indicateur peuvent nous renseigner sur l'indice du risque:
l'indicateur FAR (Fatal Accident Rate) représente le nombre moyen d'accidents mortels pour cent million d'heures d'exposition au danger. Ces indicateurs peuvent être utilisés pour déterminer les risques quotidiens d'une personne (par exemple une personne est exposée aux risques le matin à 8h lors de son déplacement au bureau)
indice URSI (unité de référence en sécurité industrielle), l'équipe de Vade-mecum a adopté pour le risque de référence le risque mort naturelle en début de vie la valeur 10-7/heure pour une URSI (Gauvenet, 1990)
Les indicateurs sur les risques des accidents de travail sont calculés par la Caisse national de l'assurance maladie et le centre régionale d'assurance maladie. Ces indicateurs peuvent aider à définir le taux de fréquence des accidents avec arrêt de travail, le taux de gravité, l'indice de gravité des incapacités permanentes par million d'heures travaillées...
Les risques sont identifiés pas 2 critères la gravité et la fréquence. Le risque est défini par le produit des deux paramètres. Plus la probabilité est importante moins la gravité est forte.
Plusieurs équipes ont proposé des échelles de mesure de danger:
Une grille des niveaux d'événement a été faite et qui est associée à une probabilité annuelle (UIC). Cette grille nous permet de se repérer dans une échelle de gravité. (p.18)
Union française des industries pétrolières a proposé de définir la gravité en 6 niveaux en associant la gravité et les limites d'étendue des dommages
Le comité des autorités compétentes des états membres de l'UE propose une échelle qui mesure la gravité des accidents industriels hors secteur nucléaire.
en plus des facteurs gravités et probabilités certains auteurs ont rajouté le facteur comportement
La perception est différente selon les personnes "publiques" et les experts, selon les pays, selon la cible... Certains risques sont acceptés par certains et par d'autres non.
Pour réduire les risques d'inacceptables à acceptable trois manières existent:
par prévention en diminuant la probabilité à gravité constante
par protection en abaissant la gravité à la probabilité constante
en modifiant les deux paramètres
Le processus de danger
La garantie d'avoir un bon fonctionnement des procédés, les étapes suivantes doivent être présentes:
fiabilité: qui est l'aptitude d'une entité à accomplir une fonction requise dans des conditions données pendant une durée donnée
disponibilité: qui est l'aptitude d'une entité à être en état d'accomplir une fonction requise dans les données et à un instant donné
maintenabilité: qui est l'aptitude d'une entité à être maintenue ou réparée ou rétablie dans un état dans lequel elle peut accomplir une fonction requise, lorsque la maintenance est accomplie dans ces conditions données avec des procédures et des moyens prescrits
sécurité: qui est l'aptitude d'une entité à éviter de faire apparaitre, dans des conditions données, des événements critiques ou catastrophique.
Deux modèles de processus de danger sont définis:
modèle de référence MADS (Méthodologie dAnalyse des Dysfonctionnements dans les Systèmes) a pour objet dappréhender les événements non souhaités, les anomalies, incidents et accidents. Ces derniers sont caractérisés comme les « dysfonctionnements susceptibles de provoquer des effets non souhaités sur lindividu, la population, lécosystème et linstallation » (Lesbat et al., 1999). Ce modèle décrit les enchainements des événements qui vont conduire à une situation dangereuse.
Le processus de danger est relié aux processus qui peuvent être affectés (cibles). Ce lien est un flux de danger qui peut être représenté par une matière, une énergie ou une information, ce flux se fait du sens processus de danger vers la cible.
modèle d'hyperespaces des dangers: le modèle repose sur une représentation à 5 dimensions qui permet de situer les données (cest ce que l'on stocke dans les bases de données), les modèles (banque de connaissances (modèles de calculs)), les objectifs (volonté ou motivation des acteurs impliqués dans la situation), les règles (normes, lois...) et les valeurs
Les propositions de lois:
lois de Murphy: "décrivent de façons déterministe et souvent négative des comportements ou situations divers" (Laurent 2003), loi de la tartine
loi de reticularité "le danger qui menace les individus est une fonction définie sur lensemble du réseau qui lentoure. Il nest pas possible dapprécier le danger isolément. Il faut tenir compte de toutes les couches dorganisation de la plus lointaine qui, comme les poupées russes, enveloppent lindividu menacé " (Kervern J.Y. et Rubise P.1991).
loi de l'antidanger:" la gravité d'un danger est accrue par la sous-estimation de sa probabilité" (Laurent 2003)
loi d'invalidité cyndynogene: "l'excursion d'un système hors de son domaine de validation est créatrice de danger"
loi de l'éthique cindynique: la qualité des relations dans un réseau est un facteur de réduction du danger (Kervern J.Y. et Rubise P. 1991)
loi d'accoutumance au danger: organiser les réseaux pour pallier aux déficits de l'organisation
Une vue d'ensemble des méthodes d'analyse des risques
Plusieurs méthodes d'analyse des risques existent pour mettre en évidence les éléments de sécurité existants et fonctionnels des procèdes chimiques. A partir de l'analyse des risques un choix entre trois mesures (la protection, la prévention et la mitigation) doit être fait où interviennent les produits, les procèdes principaux, secondaire et parasites les équipements, les fluides, les facteurs humain, les interfaces operateurs-machines et l'environnement externe.
Toutes les méthodes citées dans cet ouvrage utilisent les méthodes directes inductives ou les méthodes inverses déductives. La méthode inductive consiste à décrire différents enchainements d'événement qui pourraient se transformer en accident. La méthode déductive est une méthode qui consiste à formuler une hypothèse afin d'en déduire des conséquences observables permettant d'en déterminer la validité.
Une analyse des risques, selon Cesics, Leroy & Signoret, Lees, comporte quatre étapes:
la définition du système: définir les limites et les contours du système, rassembler toutes les données concernant le système et ses caractéristiques techniques et fonctionnelles
l'identification des risques: les données récupérées, lors de la définition des systèmes, vont être répertoriées selon leur dangerosité
modélisation: une modélisation du système est faite, elle représente le fonctionnement du système avec une liaison qui existe entre les risques, événements ...
analyse quantitative et qualitative: à partir du modèle effectué à létape précédente, une analyse est faite pour dire si le modèle est de type qualitative ou quantitative ou les deux. Cette analyse permet de classer les risques du système.
Toutes les méthodes utilisent, en général, les quatre étapes de l'analyse, nous allons maintenant voir les différentes méthodes existantes pour l'analyse des risques (d'après Tixiers et al. (2002) 62 méthodes d'analyse des risques applicables à des unités industrielles ont été recensées).
Pour se retrouver dans ses méthodes, les auteurs proposent de séparer les méthodes en deux groupes: les méthodes qualitatives et les méthodes quantitatives. Puis dans chaque groupe une classification en trois sous groupes est faite: déterministe, probabiliste et combinée (les deux approches précédentes).
Les principales méthodes d'analyse des risques sont:
MéthodesInductive/DéductiveObjectifsAnalyse Préliminaire des Risques (APR)InductiveIdentifie et évalue les éléments dangereux présents dans le système.Méthode de l'arbre des défaillancesDéductiveReprésente l'ensemble des combinaisons d'événements qui, dans certaines conditions produisent une situation dangereuse.Méthodes HAZOPInductivePermet lidentification des problèmes du système (cause, conséquence moyen de détection), et facilite les études pour apporter des corrections ou des protections au système étudié.AMDE AMDECInductiveAMDE: étudier et analyser les causes, les effets et les défaillances de chaque composant du système.
AMDEC: en plus de l'AMDE, l'AMDEC analyse la criticité du mode de défaillance Méthode de l'arbre des événements ou des conséquencesInductiveFait une hypothèse de la défaillance dun composant ou dune partie du système pour déterminer les évènements qui en découlentMéthode MADS - MOSARInductiveExaminer la relation entre le système cible avec le système source en vue de déterminer à quels usages ils sont propres ou impropres.Méthodes de fiabilité humaineInductiveQuantifier les probabilités de fiabilité humaine et/ou opérationnelle
Le choix d'une de ces méthodes est très difficile pour les personnes non expérimentée, il est conseillé de le faire par des spécialistes confirmés et expérimentés. Ce choix doit être en premier lieu adapté à la situation et aux problèmes posés, nous étudierons chaque méthode pour savoir quelle méthode est la plus adapté dans notre cas c'est à dire celui des TMD. Six critères peuvent nous aider pour le choix d'une méthode d'analyse des risques:
la motivation des participants à l'étude
le type de résultat demandé
la nature des informations disponibles
les caractéristiques du problème à analyser
la perception des risques
et l'expérience de l'équipe
Apres avoir choisi et appliqué la méthode appropriée, une interprétation des résultats doivent être effectuée. Cette interprétation dépendra du modèle et de l'approche choisis.
Si l'approche est de type déterministe, une liste des situations possibles est établie ensuite une suppression de certains accidents sera faite, considérés comme irréalistes. Enfin un choix de scenario de référence est établi.
L'approche déterministe, quant à elle, détaille les scenarii et calcule les probabilités et les conséquences de chaque scenario.
Analyse Préliminaire des dangers et des Risques (APR)
Risque: combinaison de la probabilité d'un événement et de ses conséquences ou combinaison de la probabilité d'un dommage et de sa gravité.
Danger: Source ou situation pouvant nuire par blessure ou atteinte à la santé, dommage à la propriété, et à l'environnement du lieu de travail ou une combinaison de ces éléments. (OHSAS 18001)
Nous pouvons remarquer que le risque et les dangers sont deux définitions différentes donc l'analyse préliminaire des dangers sera différente que celle des risques.
L'analyse préliminaire des dangers identifie "les dangers d'une installation industrielle et ses causes et d'évaluer la gravité des conséquences liées aux situations dangereuses et aux accidents potentiels"(Laurent, 2003). Elle permet d'apporter des corrections ou des protections permettant de maitriser ou d'éliminer les situations dangereuses.
Comme dit précédemment l'analyse préliminaire des Risque (APR) identifie les risques au stade préliminaire de la conception dune installation ou dun projet.
L'APR est classée dans la méthode inductive, c'est à dire qui consiste à décrire différents enchainements d'événement qui pourraient se transformer en accident. En complément de cette analyse, une liste des dommages, des conséquences, des gravités des accidents répertoriés, des préventions, des protections et des mitigations.
La méthodologie utilisée pour l'APR est:
analyses des produits: inconvénients, dangers, risques et leurs principales propriétés
identification des risques: procèdes, équipements et technologies utilisés;
dispositions prises lors d'un accident
maitrise du risque
La démarche de l'analyse est:
analyse de l'antécédent et retour d'expérience: le retour d'expérience est très important pour tirer des conclusions sur les accidents et incidents survenus, pour pouvoir faire des simulations des mêmes accidents ou similaire sans répéter les erreurs commise dans le passé.
Etude des dangers liés aux produits: une étude des dangers de chaque produit se fait, cette étude est faite grâce aux fiches de donnée du produit.
matrice d'incompatibilité: cette matrice permet de voir s'il y a une compatibilité entre deux produits ou entre un produit et un matériau.
Etude des risques liés aux procédés: elle a pour objectif d'identifier les risques inhérents aux procédés mis en uvre et aux équipements.
Cette méthode permet une analyse rapide des situations dangereuses sur des installations. Elle est économique par rapport aux autres. L'APR ne permet pas de caractériser finement lenchaînement des évènements susceptibles de conduire à un accident majeur pour des systèmes complexes (c'est une ébauche des risques).
Il sagit dune méthode préliminaire danalyse qui permet didentifier des points critiques devant faire lobjet détudes plus détaillées, c'est pour cela qu'il est souhaitable de faire cette analyse au préalable des autres méthodes.
La méthode HAZOP
La méthode HAZOP, pour HAZard OPerability, a été développée par la société Imperial Chemical Industries (ICI) au début des années 1970.
Son utilisation est recommandée dans l'étude des nouveaux projets ou de modification importante de l'installation. Des documents précis sont nécessaires, pour utiliser cette méthode, comme la circulation des fluides et/ou schémas PID.
Les objectifs de HAZOP sont:
d'analyser l'intégrité opérationnelle d'un système. La méthodologie utilisée est l'identification du système et la détermination des causes et des conséquences des anomalies qui peuvent survenir au cours de l'exploitation des installations.
d'identifier les atteintes à l'intégrité opérationnelle d'un système qui peuvent générer une/des situation(s) présentant des risques.
Pour atteindre ces objectifs les principes utilisés sont:
choisir un équipement et ses connexions qui vont être une fonction dans le procédé identifiée au cours de la description fonctionnelle. Puis choisir un paramètre de fonctionnement
générer une dérive de ce paramètre à l'aide dune liste de mots clefs.
identifier les causes possibles de cette dérive
identifier les conséquences potentielles de cette dérive
examiner, en cas de risque, les moyens visant à détecter la présence ou l'existence de système de correction, de prévention ou de mitigation
La méthode HAZOP peut être utilisée selon le moment où se trouve le procède, plusieurs "sous méthode" HAZOP existe selon le moment d'une phase:
L'étude HAZOP proprement dite
L'étude HAZOP complémentaire
L'étude HAZOP de modification
L'étude HAZOP d'installations existantes
Pour que la méthode HAZOP se déroule dans les bonnes conditions, une organisation minutieuse doit être faite:
un choix de l'équipe : l'équipe est l'élément central. La qualité de cette étude dépendra essentiellement de l'équipe. L'équipe doit être composée des membres dont leur contribution sera technique, des membres dont leur contribution sera logistique et/ou structurelle, un animateur qui pourra superviser l'équipe et d'un secrétaire qui pourra établir des rapports de sessions et tenir à jour les dossiers d'étude.
une préparation des sessions de travail: c'est une réunion qui exige une réflexion intense (limité à quelques heures)
la documentation: la méthode HAZOP exige de disposer d'une documentation complète et doit disposer au minimum de schémas PID ou des plans de circulations des fluides, avec des bilans de matière et d'énergie ou la logique des régulations et sécurités, d'autres documents peuvent être complétés (p 389 Laurent 2003)
la mise en uvre de la méthode HAZOP se déroule tout d'abord par la préparation de la session (collecte de documentation, calendrier, échéancier...) puis par le déroulement de la session (selon le principe cité au dessus)
l'enregistrement et le suivi des travaux de la session HAZOP: la méthode HAZOP génère de nombreux résultats, il est nécessaire d'assurer l'enregistrement. De nombreux logiciel sont disponibles sur le marché.
Cette méthode présente un caractère systématique et méthodique. La méthode HAZOP " permet une détection précoce de certaines erreurs de conception en évitant ainsi certains disfonctionnements lors de la réception de l'unité ou parfois de son exploitation." Cette méthode utilise de nombreux documents et utilise une bonne traçabilité.
La méthode HAZOP n'est pas conçue pour identifier des risques d'événements à très faible probabilité doccurrence.
LHAZOP permet difficilement danalyser les évènements résultant de la combinaison simultanée de plusieurs défaillances. Par ailleurs, il est parfois difficile daffecter un mot clé à une portion bien délimitée du système à étudier. Cela complique singulièrement lidentification exhaustive des causes potentielles dune dérive. En effet, les systèmes étudiés sont souvent composés de parties interconnectées si bien quune dérive survenant dans une ligne ou maille peut avoir des conséquences ou à linverse des causes dans une maille voisine et inversement.
La méthode des arbres
Les méthodes des arbres permettent de représenter le fonctionnement et lévolution dun système en forme darbre.
Il existe plusieurs méthodes, nous allons étudier dans un premier temps larbre des causes ou des défaillances puis nous finirons par létude de larbre des événements.
Arbre des causes ou des défaillances
Larbre des défaillances est la seule méthode qui utilise une démarche déductive, c'est-à-dire partir des effets vers les causes. Lobjectif de larbre de défaillance est de déterminer les enchainements ou combinaisons possibles dévénement unique et redouté.
Le but de cette analyse est daccéder aux multiples causes dun événement final unique. Larbre des défaillances est composé de plusieurs niveaux dévénements, le niveau inferieur dun événement génère un nouvel événement. Un événement est une défaillance liée aux erreurs humaine, défaut technique
Un arbre des défaillances est constitué dun événement sommet, dun événement base, des événements intermédiaires, des événements conditionnels. Chaque événement est représenté par un symbole. Les événements sont reliés par des portes logiques (ET/OU).
Des principes délaborations ont été mis en place :
recherche des causes immédiates, nécessaires et suffisantes
classement des événements intermédiaires
recherche des causes immédiates, nécessaires et suffisantes des événements intermédiaires jusquà obtention des événements de base
itération : revenir sur les caractéristiques de larbre en cours de construction
Pour construire larbre des défaillances, trois étapes doivent être respectées :
définition de lévénement final indésirable
analyse du système concerné
construction effective de larbre des défaillances
Après la construction de larbre, lexploitation des résultats peut être faite de plusieurs façons, soit au niveau système, soit qualitativement soit semi qualitativement.
Le principal avantage de lanalyse par arbre des défaillances cest quelle permet de considérer des combinaisons dévènements pouvant conduire à un événement redouté. Elle permet de hiérarchiser les scenarii en fonction de leur priorité et de leur probabilité de survenir.
Il est conseillé de mettre en uvre au préalable des méthodes inductives danalyse des risques, par dautres méthodes pour identifier les évènements les plus graves qui pourront faire lobjet dune analyse par arbre des défaillances et pour faciliter la détermination des causes immédiates, nécessaires et suffisantes au niveau de lélaboration de larbre.
Arbre des événements
Lanalyse par arbre des défaillances, comme nous lavons vu précédemment, vise à déterminer, dans une démarche déductive, les causes dun événement indésirable ou redouté retenu à priori. À linverse, lanalyse par arbre dévènements a pour objet danalyser lévolution dun système a partir dun événement initiateur pouvoir décrire les conséquences.
Le principe de la méthode consiste de larbre consiste :
définir un événement initiateur comme une défaillance dun élément, dun composant
ou comme une perturbation de lenvironnement
identifier les fonctions de sécurité prévues pour y faire face
construire larbre
décrire et exploiter les séquences dévènements identifiées
Lexploitation des résultats se fait de deux façons soit quantitativement soit qualitativement.
Lanalyse par arbre des évènements est une méthode qui permet dexaminer, à partir dun événement initiateur, lenchaînement des évènements pouvant conduire ou non à un accident potentiel. Cette méthode peut savérer rapidement lourde à mettre en uvre.
La méthode MOSAR
MOSAR est une méthode générique qui permet de rechercher les dysfonctionnements techniques et opératoires dune installation humaine et didentifier les moyens de prévention nécessaires pour les neutraliser.
Elle résulte de la méthode MADS, elle sapplique aussi bien dès la conception dune installation nouvelle quau diagnostic dune installation existante.
Sa démarche est :
décrire le système étudié
d'identifier les dangers et le risques
d'évaluer les risques
négocier les objectifs
définir les barrières
La méthode MOSAR comprend deux modules:
module A qui constitue une analyse macroscopique des risques d'un système. Elle permet de réaliser une analyse des risques principaux.
Une décomposition de l'installation du sous système doit être faite, on identifie en quoi chaque sous-système peut être source de dangers. Pour cela, on fait référence à une grille de typologie des systèmes sources de dangers.
Lutilisation de la technique des boîtes noires permet de générer des scénarii de risques dinterférence entre les sous-systèmes.
Une hiérarchisation des scenarii identifiés (par construction de graphes probabilités-gravité) est faite grâce à la négociation dobjectifs entre les acteurs concernés
La recherche des moyens de prévention (barrières techniques et barrières opératoires) nécessaires pour neutraliser les scénarii assure la prévention des risques. Et on termine par la qualification dans le temps des barrières identifiées.
Le module A donne une bonne analyse des risques principaux dune installation. Il est praticable par tout ingénieur ou technicien et nécessite une durée de trois jours pour une installation classique.
module B permet d'examiner le fonctionnement microscopique du système. Il permet de réaliser une analyse détaillée de linstallation et notamment il met en uvre les outils de la sûreté de fonctionnement pour la recherche des dysfonctionnements techniques des machines et appareils. Il évalue les risques en construisant des arbres logiques du type arbre des défaillances et en les qualifiants. Il négocie des objectifs précis, défini les moyens complémentaires de prévention, protection et mitigation. Et enfin la dernière étape regroupe les récapitulatifs des scenarii identifiés, recense et met en place des plans pour dintervention en cas daccident.
Le module B prend beaucoup plus de temps suivant le degré de détail exigé. Il nécessite la connaissance des outils et leur mise en uvre.
La méthode MOSAR utilise une approche générale très variée donc elle peut s'appliquer à des cas très variés. La méthode A permet d'avoir une vue d'ensemble des risques principaux d'une installation, le module B quant à lui est plus orienté pour une analyse détaillée des systèmes complexe à composante technologique.
Démarche de la maitrise des risques
Les étapes de la maitrise des risques sont :
identifier les dangers
évaluer les risques
rechercher lélimination ou la réduction des dangers et des risques associés
définir les moyens de conduite et de contrôle pour assurer le fonctionnement normal
définir les moyens de corrections en cas de dérives
définir les moyens dintervention en cas de situation anormale, dincident ou daccident
Lapproche stratégique de la démarche doit comporter les éléments de prévention, de protection, de réduction et de mitigation des risques. Les principes daides à la décision à la maitrise des risques sont :
identification : identifier les dangers du produit, des procédés techniques
réduction : réduire si possible les volumes et flux des produits dangereux
substitution : il existe plusieurs façon de fabriquer un produit de synthèse, la substitution consiste déchanger une ou plusieurs étapes dun procédé de fabrication pour réduire les risques et avoir une fabrication plus sur.
Atténuation : analyse des examens de pression, de température, de concentration
pour lesquelles les dangers lies aux substances mise en uvre et les risques seront réduits.
Simplification : le principe de simplification permet de rechercher «les conditions opératoires du procédé aisées à maitriser dans la conduite en marche stable et dans les phases transitoires, le nombre minimal dappareils, déquipements et de circuits annexes, la/les technologie(s) éprouvée(s) pour les équipements et la configuration simple des systèmes de conduite et de sécurité »
conception tolérante : une installation est acceptée aux sollicitations et aux erreurs si plusieurs événements initiaux sont nécessaires pour avoir un événement redouté.
protection multiples
redondance : multiplication des éléments et composants pour que le système accomplisse ses fonctions.
gestion des modes communs : gérer les événements qui ont la même cause commune
confinement : essayer de supprimer la diffusion de flux (matière et/ou dénergie) vers lextérieur en le captant ou en le retenant.
Mitigation : après un accident atténuer les conséquences.
Protection : réduire lampleur des dommages en protégeant les éléments vulnérables des cibles lors dun accident.
Pour gérer le risque il existe le principe de précaution, cest une réponse à un risque susceptible de se réaliser ou pas (incertitude scientifique).Le principe de précaution est une approche de la gestion du risque quand il existe une incertitude scientifique qui exprime une action face à un risque susceptible darriver sans attendre les résultats scientifiques.
Lapplication des méthodes pour gérer le risque est difficile pour être mise en place suite aux réticences des industries pour cause dinnovation industrielle (pression des délais, coût dun projet
)
Combustion-explosions et feux de gaz et de vapeurs
Caractéristiques
Pression de vapeur : le premier indicateur simple à calculer est la volatilité potentielle dune substance. En général on nous fournit, dans les fiches de données de sécurité, les variations de la pression de vapeur saturante P en fonction de la température T (équation dAntoine) :
Log P = A B/(T+C)
avec:T= température de la substance en °C
Les constantes A, B, C = sont donnés pour des unités particulières de Pv et TP= pression de vapeur de la substance en mmHg
Points éclair : cest quand le liquide inflammable atteint la température minimale et forme suffisamment de vapeurs pour que celle-ci donnent avec lair un mélange inflammable produisant une légère inflammation en présence dune flamme dignition. Les mesures expérimentales se font soit en coupelle fermée soit ouverte. Le point éclair en coupelle fermée cest lorsque la température à laquelle la pression de vapeur dun liquide atteint une valeur telle que la concentration à léquilibre qui en résulte soit égale à la limite Inférieure dinflammabilité. Le point éclair en coupelle ouverte est la température à laquelle il faut chauffer un liquide pour que sa pression de vapeur soit telle que la concentration à léquilibre qui en résulte soit la concentration stchiométrique (la concentration qui permet une combustion complète sans excès dair).
TPE,x = 57,6 + 0,64 TEB,X
avec:T= température de la substance en K
Lii and Moore propose la corrélation empirique. Ils prennent lacide acétique comme référence.
Température dautoinflammation : est la température minimale à laquelle le mélange senflamme spontanément en labsence de toute source dinflammation. Martel propose une méthode destimation de la température dauto inflammation.
Limites dinflammabilité : il y a un risque dinflammation sil y a une quantité suffisante de combustible et de comburant.
Limites inferieure et supérieur dinflammabilité :
Limites inferieure dinflammabilité est la concentration minimale de combustible dans lair nécessaire pour que la flamme se propage à travers tout le mélange (LII)
LII = a CS
Limites supérieur dinflammabilité est la concentration maximale du gaz (LSI)
LSI = b CS
Avec : LII et LSI = en °C
a et b = constantes caractéristiques de la structure de la substance concernée Cs = concentration stchiométrique volumique dans lair en %
Entre les deux limites se trouve la zone dinflammabilité. Pour calculer LII et LSI on aura besoin des constantes a et b qui sont des constantes caractéristiques de la structure de la substance concernée et Cs est la concentration stchiométrique volumique dans lair permettant une combustion complète en consommant tout loxygène disponible (Cs se calcule avec laide de z qui est le nombre de moles doxygène nécessaire pour obtenir la combustion complète de la substance).
CS = 100/ (1+4,773 z)
avec :
z = le nombre de moles doxygène
Cs = concentration stchiométrique volumique dans lair en %
Influence de la température : sil y a élévation de la température initiale du mélange combustible-comburant, il y a un abaissement de la LII et une augmentation de la LSI, donc il y a augmentation de la zone dinflammabilité.
Influence de la pression initiale: sil y a diminution de la pression au-dessous de la pression atmosphérique, il y a réduction de la zone dinflammabilité. Et au contraire sil y a augmentation de la pression au-dessus de la pression atmosphérique, il y a augmentation de la zone dinflammabilité.
Influence simultanée de la température et de la pression en présence de liquide : à température constante, si la pression totale augmente, le titre molaire en vapeur combustible augmente.
Influence de lénergie dallumage (flamme, étincelle
). Lénergie minimale dinflammation augmente quand la pression diminue et décroît quand la température augmente.
Limite dinflammabilité dans loxygène :
La LII dans loxygène diffère peu de la LII dans lair
La LSI dans loxygène est plus élevée de la LSI dans lair
Pour des pressions supérieures à la pression atmosphérique, cette dernière augmente la zone dinflammabilité dans loxygène
Lénergie minimale dinflammation dans loxygène est diminuée (dont les rapports compris entre 50 et 200 par rapport à sa valeur dans lair)
Limite dinflammabilité dun mélange de plusieurs gaz ou vapeurs inflammables dans lair : lorsquun mélange gazeux comporte plusieurs éléments combustibles le mélange global gazeux est aussi à la LII ou à la LSI
Limite dinflammabilité dun mélange dun gaz ou dune vapeur inflammable, dair et dun gaz inerte : cest un gaz qui peut rendre non explosif le mélange initial combustible comburant. Plusieurs types de représentation existent pour illustrer les évolutions de linflammabilité des mélanges de gaz ou de vapeurs inflammables, dair et de gaz inerte.
Processus de combustion de gaz ou de vapeurs inflammables
La combustion est une réaction entre un combustible et dun comburant, elle seffectue en phase gazeuse.
La température dautoinflammation est atteinte selon un certain délai, la réaction se transforme en combustion vive et une libération de lénergie provoque une explosion. En milieu gazeux il existe deux types de processus homogène (la réaction chimique est déclenchée simultanément en tous les point de sa masse) ou hétérogène.
La flamme obtenue par un mélange parfait entre le combustible et le comburant est appelée la flamme de prémélange. La flamme qui est contrôlée par la vitesse avec laquelle le mélange des réactifs sopère par diffusion moléculaire ou turbulente est appelée flamme de diffusion.
Le phénomène dexplosion
Le phénomène dexplosion est une libération dénergie, la violence de lexplosion dépend de la quantité dénergie libérée et « de la cinétique du processus de libération ». Deux types dénergie existent : énergie physique (énergie pneumatique consécutive à léclatement dun réservoir sous pression
) et énergie chimique (décomposition contrôlée de substances explosives, de produits instables
).
Le comportement de la flamme peut être décrit dans une enceint compacte (L/D5), la vitesse de la flamme peut devenir grande et varier fortement, en effet la pression interne nest plus uniforme et la surpression maximale est reliée à la vitesse de la flamme.
Le processus dexplosion peut se propager dans le milieu gazeux sous deux formes:
La déflagration est caractérisée par une onde se développant en avant dune flamme (la combustion élève la température du gaz et provoque laugmentation de la pression) :
Déflagration en régime laminaire : elle se produit quand les mélanges sont au repos ou en écoulement non turbulent. Les gradients de la température (106 K/m) et de concentrations dans les faibles épaisseurs du front de la flamme sont très élevés.
Déflagration en régime turbulent : la combustion se diffuse dans un fluide en écoulement turbulent. Il se produit une augmentation de la vitesse et de lépaisseur du front de flamme.
La détonation est caractérisée par la propagation à une vitesse supersonique dun front de flamme et d une onde de choc (onde de détonation). La caractérisation de la détonation est l autoinflammation puis derrière une onde de choc.
Des équations existent pour (Laurent p.152):
La densité de flux massique
m = Á1 ½1 = Ái ½i
avec : m = densité du flux massique en kg.m 2 .s 1
Á = la masse volumique du mélange détonable en kg·m -3
½ = vitesse de la quantité de mouvement en m/s i = indice après l onde de choc mais avant l inflammation
La quantité de mouvement
P1 + Á1 ½1 ² =P i + Ái ½i ²
Pour l énergie
H 1 + ½1 ²/2 = H i + ½i ²/2
Avec Á1 est la masse volumique du mélange détonable, elle se trouve initialement à la pression P1 et à la température T1. Après la détonation, une onde de choc qui le porte à la pression P i et à la température Ti auxquelles correspond la masse volumique Ái.
A partir de ces trois équations, il est possible d obtenir la courbe appelée courbe de Hugoniot des réactifs, la courbe représente le lieu géométrique de tous les états f que lon peut obtenir à partir de létat initial 1 donné. On peut aussi déterminer la droite de Rayleigh qui elle détermine la vitesse de la détonation.
Le processus est qualifié de déflagration ou de détonation selon la vitesse de déplacement de la flamme par rapport au mélange inflammable.
Explosions de gaz ou de vapeurs en milieu confiné
Deux types dexplosion existent en milieu confiné :
Explosion déflagrante est caractérisée par :
Pression maximale dexplosion : lors dune déflagration dans une enceinte fermée de forme compacte, la pression P croit en fonction du temps (ms), jusquà une valeur maximale Pmax. La montée en pression présente une longue inflexion puis en atteignant Pmax la pression redescend. La pression théorique maximale dexplosion adiabatique à volume constant p2 des gaz brûlés (produits) peut être exprimée en fonction des conditions initiales de gaz frais (réactifs) par application de la loi des gaz parfaits (pression P, nombre de moles n, la masse molaire R).
P V = nRT
avec :
P = pression de lexplosion en Pascal
V = volume de lenceinte en m 3
n = quantité de matière en mol
T = température en Kelvin
R= 8,31 J mol -1K-1
Vitesse maximale de montée de pression (dP/dt)max : est exprimée par la valeur d la pente maximale de la courbe de montée en pression (la pente de la tangente au point dinflexion)
Facteurs influant la violence dune déflagration : les paramètres qui caractérisent la violence dune déflagration dépendent du volume, de la forme et de lencombrement de lenceinte, de la concentration du gaz ou de la vapeur inflammable dans latmosphère explosive, de la pression et de la température initiales de latmosphère explosive et de lénergie de la source dinflammation.
Influence du volume de lenceinte : la déflagration dun même mélange inflammable homogène initialement au repos produit la même pression Pmax (pour des enceintes de même géométrie et de rapport de similitude géométrie fg) aux temps t et fgt. Mais la vitesse maximale de montée en pression (dP/dt) max varie selon le volume de lenceinte suivant « la loi cubique»
(dP/dt) max =KG(V) -0,33
avec :
(dP/dt) max = vitesse maximale de montée en pressionKG = constante caractéristique du gaz ou de la vapeur et de la forme de lenceinte exprimée dans le système SI en bar.m.s-1
V = volume de lenceinte en m3
Influence de la forme de lenceinte : une enceinte de forme allongée, de même volume constant, les pertes thermiques engendrées sont plus importantes que les récipients compacts. Les explosions en canalisations les plus violentes se produisent dans les tronçons ouverts à une extrémité alors que lallumage et linflammation sont effectués à lautre extrémité fermée (Cleuet et al. (1994))
Influence de la concentration en gaz ou en vapeur inflammable : les valeurs de la pression maximale et de la vitesse maximale de montée de pression atteignent une valeur voisine de la concentration stchiométrique (la concentration qui permet une combustion complète sans excès dair).
Influence de la turbulence initiale de latmosphère explosive : la turbulence provoque laugmentation de la pression maximale dexplosion (dépend de la concentration en combustible de latmosphère) et de la vitesse de montée en pression (augmentation de la pression maximale et dautre part à la diminution du temps de montée en pression)
Influence de la pression initiale : plus la pression initiale est grande plus la pression maximale est grande.
Influence de la température initiale : la vitesse maximale de montée en pression augmente lorsque la température initiale de latmosphère explosive augmente
Influence de lénergie de la source dinflammation : lénergie dinflammation dépend de sa concentration en combustible. Plus lénergie augmente plus la pression maximale dexplosion et la vitesse de montée en pression augmentent.
Explosions détonantes, la détonation est associée à une onde de choc, cette détonation est due à les pressions qui rencontrent brutalement les parois quelles rencontrent. Pour calculer les valeurs des pressions nous faisons intervenir :
Pression de détonation (les équations de la détonation) : les équations de la conservation de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de lénergie grâce au front donde de choc permet destimer un ordre de grandeur de la pression maximale.
Dans le cas dune onde pure, léquation de Rankine-Hugoniot permet dévaluer le facteur de compression
P2/P1 = (2 ³ Ma1 ² - (³ -1)) / (³+1)
Avec :
P2/P1 = facteur de compressionMa = le nombre Mach
³= isentropique ????
Dans le cas d une onde choc réactive ou de combustion vive, les équations du modèle unidimensionnel de Chapman-Jouguet permettent d obtenir plusieurs approximations des paramètres recherchés (pression de détonation
)
Réflexion de londe de choc : une onde réfléchie est générée lorsquil y a une rencontre entre une onde de choc incidente avec une paroi rigide. La pression réfléchie à la paroi Pr dépend de la valeur de la pression incidente P2 et de langle sous lequel londe de choc arrive sur la paroi.
Londe de détonation porte les gaz à une pression qui est environ le double de la pression adiabatique à volume constant. Si cette onde se réfléchit, la pression devient plus de cinq fois la pression incidente (Ledard, 1987).
Prévention et protection des explosions de gaz en milieu confiné
Dans un milieu confiné contenant une atmosphère gazeuse inflammable susceptible dexploser par déflagration, des méthodes peuvent être utilisées pour la prévention et la protection contre lexplosion de gaz et de vapeur :
un disque de rupture ou dun event dexplosion (activé sous la pression statique douverture psta) peut être utilisé de façon à réduire la surpression maximale dexplosion (pression réduite pred). A partir de nombreux essais, des abaques ont pu être construit, ils utilisent pour un gaz type spécifique comme paramètre de base le volume V, la pression réduite pred, la pression dactivation psta et la surface devent A.
linertage, la suppression, lisolement, la construction denceintes résistant, la pression maximale dexplosion
Arrête flamme : Les arrêtes flammes sont utilisés sur des conduites de procédé ou des évents de stockage véhiculant des gaz ou des vapeurs inflammables, qui mélangés à de l'air peuvent exploser.Larrête flammes empêche la propagation de cette explosion. Les arrêtes flamme sont réalisés à laide de couche ou de grille métallique superposé.
Explosions de gaz ou de vapeurs en milieu non confiné
Les trois types dévénement majeur résultant de la combustion accidentelle dun nuage de gaz ou de vapeurs inflammables à lair libre sont :
Explosion à lair libre produisant une onde de pression (UVCE)
Effet thermique sans surpression dû à un feu de nuage (flash fire)
Les deux phénomènes simultanément
UVCE
Une explosion est :
soit un éclatement;
soit lexplosion dun nuage de gaz ou de vapeurs,
Les facteurs sont:
réactivité du gaz ;
nature et point damorçage de lexplosion ;
énergie de la source dallumage ;
position par rapport au sol ;
relief du terrain ;
végétation environnante ;
orientation et forme des structures ;
direction et force du vent, etc.
Plus la présence dobstacle est importante plus l'explosions est destructrice.
Un UVCE est une explosion de gaz à l'air libre. Il se déroule de la manière suivante:
Fuite ou rejet d'un produit sous forme liquide ou gazeuse dans l'atmosphère,
Transport du nuage de gaz (mélangé à l'oxygène) avec une partie du nuage qui reste comprise dans les limites d'explosivité,
Le nuage rencontre une source de chaleur et prend feu,
Propagation du front de flamme dans le nuage. Les gaz brûlés agissent tel un piston sur les gaz frais du reste du nuage et ainsi une onde de pression aérienne peut se produire
enfin, mélange avec l'air et combustion des parties du nuage
Le temps de l'allumage est très court. Les vitesses de réaction dans le nuage explosible peuvent augmenter lorsque l'énergie d'inflammation croit. Si lénergie dinflammation est plus importante, la vitesse de propagation des flammes est aussi plus importante. On peut observer des vitesses de propagation plus élevées (par rapport à une énergie dinflammation plus faible) lors du déclenchement précipité de l'instabilité du nuage. Laugmentation de lénergie dinflammation entraîne instantanément une accélération de la flamme (déflagration) qui est plus importante.
On peut observer un front de flamme sphérique se propageant du point dinflammation vers la limite de la charge gazeuse, lorsque la source dinflammation est située au centre du volume inflammable.
Lorsque lallumage se fait en périphérie du nuage, le front de flamme nenferme pas les gaz brûlés. Ils peuvent alors se détendre.
Deux effets sont générés par un UVCE, dans le cas d'un gaz inflammable, tels que les GPL:
des effets thermiques
des effets de pression
EffetsCausesRésultatseffets thermiques- ne sont pas dus au rayonnement thermique du nuage enflammé
- passage du front de flamme- dégâts superficiels
- initiateur dun incendieeffets de pression- leffet piston du front de flamme sur les gaz frais
- plus la propagation du front de flamme est rapide et plus son accélération est grande, plus lamplitude de londe de pression est importante
- en labsence dobstacles les niveaux de pression associés nexcèdent pas quelques millibars
- la présence dun écoulement turbulent ou de gradients de concentration suffit à accélérer la flamme et à engendrer des niveaux de pression plus élevés, même en labsence dobstacles
Deux conditions doivent être réalisées simultanément pour avoir un UVCE :
un nuage de gaz inflammable,
une source dinflammation
Des méthodes de calculs sont utilisées pour avoir une modélisation des effets (méthodes de Lannoy, méthode multi énergie), ces modèles sont réalisés en trois temps:
détermination du terme source,
un calcul de dispersion du nuage inflammable,
un calcul dexplosion.
Méthodologie
Apres linflammation du mélange explosible « la combustion est en général laminaire et le front de flamme se développe dans une sphère centrée autour du foyer dallumage. » La vitesse du front de flamme (Su) dépend de la réactivité du mélange inflammable, des conditions de pression Pi et de température Ti.
Su1 = Su0 (P1/P0)m (T1/T0)n
avec :les indices 0 et 1 sont employés pour repérer deux couples de conditions pression température,Su = vitesse de combustion en m/s
Pi = pression du mélange en PaTi = température du mélange en K m, n = constantes.
Cette vitesse est égale au produit de la vitesse fondamentale par le rapport dexpansion de gaz. Il apparaît un front de flamme turbulent lors de présence dobstacles.
Les facteurs qui influent la déflagration en milieu non-confiné sont :
La réactivité du gaz combustible : elle détermine la vitesse de la flamme et la surpression générée. Elle peut être classée selon trois classes (faible, moyenne, forte) ou selon la valeur des vitesses fondamentales de combustion.
Lénergie dinflammation : quand lénergie dinflammation augmente, la vitesse de propagation de la flamme augmente.
La position de lallumage: on ne peut pas savoir linfluence de la position de la source dallumage. Mais Mouilleau and Lechaudel (1999) indiquent, sans que cela soit admis comme règle absolue, que la vitesse de flammes sont plus importante lors de lallumage au cur du nuage.
La composition du nuage : quand la concentration en combustible dans le mélange est proche de la composition stchiométrique, la vitesse de combustion et le rapport des gaz sont maximaux.
La nature de lobstruction du milieu non confiné: selon lendroit où se produit la fuite, la forme géométrique et la direction prise par le front de flamme au cours de lexplosion varient. Il existe trois modes de propagation (selon Mouilleau and Lechaudel (1999)) : mode axial (conduit aux vitesses et aux surpressions les plus importantes), mode radial, mode sphérique.
Trois approches sont utilisées pour estimer les effets de londe de surpression dune explosion dun nuage gazeux explosible non confiné (Laurent p177):
MéthodeObjectifFormulesInconvénientTNTprévoir les conséquences de tout type dexplosion accidentellemTNT = ± (Wgaz /4690) = ± (mgaz Hc /4690)
Wgaz : l énergie libérée après combustion
± : le rendement de l explosion
Hc l enthalpie massique de combustionNe peut être utilisée en champ procheBaker-Strehlow
-Estimer la vitesse absolue de propagation
-obtenir lordre de grandeur de la vitesse absolue de la flamme (nombre de Mach)
-sélectionner une courbe de décroissance de surpression aérienne parmi lensemble de
celles établies par Strehlow et al. (1979).-Réactivité du combustible concerné (faible, moyenne, forte)
-Densité dimplantation des obstacles (BR et P)
-Degré de confinement (axial, radial, sphérique)- difficulté dévaluer lénergie WgazMulti-énergie
-déterminer le nombre dexplosions élémentaires représentatives du phénomène
-caractériser individuellement chaque explosion-la densité d'obstacles,
- le degré de confinement,
- la forme et les dimensions du nuage inflammable,
-la réactivité du combustible,
-l'énergie et la position de la source d'inflammation,
-et la turbulence du mélange réactif avant allumage
Le BLEVE
"Le BLEVE (acronyme de Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) est défini comme une vaporisation violente, à caractère explosif, consécutive à la rupture dun réservoir contenant un liquide à une température significativement supérieure à sa température normale débullition à la pression atmosphérique. Ce phénomène déclatement de réservoirs peut se décomposer en plusieurs phases successives ou simultanées :
une réaction chimique de combustion interne ;
léclatement du réservoir avec destruction de la paroi ;
lémission de projectiles ;
la propagation dune onde de pression dans lenvironnement ;
des échanges thermiques internes (conduction avec la paroi du réservoir) et externes (rayonnement, convection).
Dans le cas dun BLEVE de liquide inflammable, la formation dune boule de feu peut engendrer un rayonnement thermique dont les conséquences peuvent être prépondérantes" (Source: Jean louis Seveque)
Les BLEVE présentent un risque important en cas de rupture du réservoir. Cette rupture peut se produire de trois façons:
fissuration spontanée du réservoir
chute de pression d'un liquide (température proche ou supérieure à sa température limite de surchauffe) provoquant une vaporisation explosive
montée du réservoir en pression
Les effets du BLEVE sont de trois types:
thermique: Les effets thermiques sont liés aux rayonnements thermiques de la boules de feu.
Quand un produit inflammable est exposé lors d'un BLEVE, la boule de feu peut avoir des conséquences assez importantes (effet thermique radiatifs).Plusieurs théories, pour déterminer les effets des boules de feu, ont été établies mais elles ont toutes la même démarche qui est la suivante:
détermination du diamètre de la boule ;
détermination de la durée de combustion de la boule ;
estimation de lélévation de la boule de feu ;
calcul de la densité de flux thermique radiatif reçue par une personne exposée au rayonnement ;
détermination des effets sur lhomme.
surpression: "une part non négligeable de lénergie initialement présente étant absorbée par lémission de projectiles, seule une fraction de lénergie est disponible pour la propagation de londe de pression due à la détente brutale du volume de gaz brûlé à une pression égale à la pression statique de rupture du réservoir. La détermination de la surpression engendrée par une explosion au moyen dune méthode simple est un problème qui nest pas résolue à lheure actuelle. Aussi, la sélection dun des modèles de la littérature nest pas triviale."
D'après des enregistrements de la surpression engendrée par un BLEVE, trois pics ont été mis en évidence :
première pic : détente brutal
deuxième pic: vaporisation explosive du liquide (selon Shield)/ premier et deuxième pic associés au même phénomène (selon Birk)
troisième pic: combustion de la boule de feu
missile: lors de la rupture d'un réservoir des fragments peuvent être projetés à des distances élevées.
Cause BLEVE
Pour les BLEVE de réservoirs contenant du GPL 2 notions deux BLEVE sont définies. La notion de BLEVE froid ou chaud se réfère uniquement à la température limite de surchauffe (TLS) du produit :
la transformation, qui se produit en dessous de la température limite de surchauffe à pression atmosphérique, est généralement appelée « BLEVE froid ».
la transformation, qui se produit au-dessus de la température limite de surchauffe à pression atmosphérique, est généralement appelée « BLEVE chaud ».
Nature du réservoirImpact mécaniqueAgression thermique
(feu torche, feu de nappe)Surremplissage du réservoirSphèreBLEVE « froid »BLEVE « chaud » ou « froid »BLEVE « froid »Wagon citerneBLEVE « froid »BLEVE « chaud »BLEVE « froid »Camion citerne*BLEVE « froid »BLEVE « chaud »BLEVE « froid »Réservoir petit vrac
(cylindre)BLEVE « froid »BLEVE « chaud » ou « froid »BLEVE « froid »BouteilleBLEVE « froid »BLEVE « chaud »BLEVE « froid »
Comme dit précédemment, les effets du BLEVE se traduisent comme lors dune explosion de gaz ou de vapeur par une onde de pression, par lémission de missiles et par une boule de feu. Les dégâts du dernier effet seraient nettement plus importants que les autres effets. Nous allons voir maintenant plus en détail ces effets :
Leffet de londe de surpression aérienne est du par la phase vapeur présente sous pression dans le réservoir de stockage et par la vaporisation rapide et brutale du contenu liquide du réservoir. On peut estimer la surpression due à lexpansion de la phase gazeuse par la méthode proposée par le TNO dans le Yellow Book (Tno, 1979). Le pic de surpression est déterminé en fonction de la distance réduite et du degré de surchauffe (température du liquide avant la rupture de lenveloppe de lenceinte température à ébullition à la pression atmosphérique). La distance réduite est donnée à laide de R (m) qui est la distance à laquelle il est demandé dapprécier leffet de surpression et m (kg) qui est la masse de liquide concerné. _
R = R / (2m) 0,333
avec :R = distance à laquelle il est demandé dapprécier leffet de surpression en m
m = la masse de liquide concerné en kg
La boule de feu
Formation de la boule de feu
La croissance (10% de la durée du phénomène)
La combustion (60% de la durée du phénomène)
Lextinction (30% de la durée du phénomène)
Diamètre de la boule de feu : la nature de lhydrocarbure na pas dinfluence sur le mécanisme de combustion et le diamètre de la boule de feu est proportionnel à la dimension initiale du nuage de vapeur. Le diamètre de la boule de feu est exprimé en fonction de la masse initiale m (kg) dhydrocarbure liquide contenu dans le réservoir et de deux coefficients empiriques (a et A) :
DB = A ma
avec :
DB = Diamètre de la boule de feu en m
A et a = coefficients empiriques
m = masse initiale dhydrocarbure liquide contenu dans le réservoir en Kg
Les deux formules les plus courantes sont :
DB = 6,48 m0,325 proposé par TNO (Pietersen, 1988)
DB = 5,8 m0,333 proposé par CCPS (Ccps, 1994)
Hauteur délévation de la boule de feu : généralement lélévation maximale h du bas de la boule de feu par rapport au niveau du sol est prise égale au sol. Prugh (1994) suggère que la hauteur de la boule de feu est égale à 0.25 fois le diamètre de la boule de feu
h = 0,25 DB
avec :
h = la hauteur de la boule de feu en m
La durée de combustion de la boule de feu, t(s): elle est exprimée en fonction de la masse initiale (m) dhydrocarbure liquide contenue dans le réservoir et de deux coefficients empiriques (b et B)
t = B mb
avec : t = durée de combustion de la boule de feu en s B et b = coefficients empiriques
m = masse initiale dhydrocarbure liquide contenu dans le réservoir en Kg
Durée délévation de la boule de feu: la boule de feu sélève pendant la phase de combustion. La durée délévation de la boule de feu peut être estimée par la relation
tlo = 1,1m 0,167
avec :tlo = Durée délévation de la boule de feu en s
m = la masse initiale dhydrocarbure liquide contenu dans le réservoir en Kg
Effets thermiques de la boule de feu :
Le facteur de forme dune cible réceptrice verticale est donné par lexpression :
Fh = HR² / ((x²+ H²)1,5
Le facteur de forme dune cible réceptrice horizontale est donné par lexpression :
Fv = xR² / ((x²+ H²)1,5
avec :
R = le rayon de la boule de feu en mètre
H = hauteur au dessus du sol en mètre
x = distance à partir du sol entre la cible réceptrice de petite dimension et la projection du centre de la sphère.
et H>R et la cible réceptrice de petite dimension est située à la distance x comptée au sol à partir de la projection du centre de la sphère.
Fragments et missile : lors dun BLEVE, un nombre limité de fragments de taille et de forme variable sont produits. Ces fragments peuvent être projetés à des distances surprenantes.
Fragmentation de réservoirs cylindriques horizontaux : le nombre moyen de projection de fragment est de quatre et ils font un parcours inférieur à 200 mètres.
Fragmentation de réservoirs sphériques horizontaux : le nombre moyen de projection de fragment est de huit, ils font un parcours inférieur à 200 mètres, et la distribution en direction nest pas uniforme.
Incendie
Définition
La combustion d'une nappe de combustible liquide est appelée "feu de nappe", nous pouvons distinguer 2 types de "feu de nappe":
les feux de cuvette de rétention : lextension de la nappe est limitée par une cuvette de rétention dont le dimensionnement est imposé, notamment, par les exigences réglementaires applicables au stockage ;
les feux de réservoir : le feu se développe à lintérieur dune enceinte, la surface de lincendie est déterminée par les dimensions du réservoir ;
les feux dits de flaque libre où labsence de moyens physiques ne limite pas la propagation de la nappe. Lextension de la nappe est alors principalement fonction des caractéristiques du terrain, des conditions météorologiques et, bien entendu, des conditions de rejet du combustible." (Source: Jean louis Seveque)
Comme dit précédemment, le phénomène de combustion d'un produit s'applique sur les vapeurs émises par le produit. La combustion est une réaction entre un carburant et un combustible.
Elle est décomposée en trois parties:
la flamme: c'est la zone où à lieu la combustion, elle correspond à la partie lumineuse de la zone de combustion.
transfert de chaleur: lors de la combustion se produit aussi une libération de chaleur. Il existe trois modes de transfert: convection, conduction, rayonnement thermique.
Emission de fumées: en plus des flammes et une libération de chaleurs, des fumées peuvent se dégager. Elles contiennent des suies et parfois des produits toxiques.
Il existe plusieurs méthodes pour estimer les effets thermiques. Le modèle de la flamme solide est peu couteux. Ce modèle assimile la flamme à un volume géométrique simple.
Les risques liés au rayonnement thermique sont les brûlures.
Feux de flaque ou de cuvette
Quand un liquide inflammable se repend sur le sol, sur une nappe deau ou dans une cuvette de rétention, il forme une flaque dont lévaporation peut conduire à la formation air-combustible inflammable à la surface de cette flaque. Un feu de flaque est la combustion de ce mélange. La modélisation dun feu de flaque ou de cuvette nécessite la prise en compte des aspects suivants (Lapeyronie, 1981) :
La vitesse de combustion du liquide : on peut estimer cette vitesse par la vitesse maximale de régression (m/s) (la vitesse de diminution de l épaisseur de la flaque). L ordre de grandeur des vitesses de régression pour les hydrocarbures est de 4 à 10mm/min.
Vmax= 1,2710-6 Hc/ Hv
Avec :Vmax= la vitesse maximale de régression en m/s Hv = l enthalpie massique de vaporisation en kJ/kg Hc = l enthalpie massique de combustion en J/kg
La géométrie de la flamme, de forme cylindrique (droite en absence de vent et incliné en présence de vent) de :
Diamètre de base : assimilé au diamètre de flaque, le diamètre de base est estimé selon le débit volumique dépandage VL (épandage continue) ou selon le volume total de liquide constituant la flaque (épandage instantané) ou en présence dune cuvette de rétention le diamètre de bas.
D = 2 (VL/ Àv) 0,5
avec :
VL = débit volumique d épandage en m3/s
v = vitesse de combustion en m/s D = diamètre de la flaque en m
Une hauteur de la flamme : pour l estimation de la hauteur de la flamme en l absence de vent la formule adéquate est celle de Thomas (en prenant en compte la vitesse adimensionnelle du vent donnée par la relation). En présence de vent une formule similaire peut être utilisée car en présence de vent la hauteur est modifiée.
H/D = 42 [(m/©) / (ÁA "gD)]
où m/© =la densité de flux massique de combustion (cf. : p. 204 Laurent) en kg.m-².s-1
© = la surface de l évent (cf.: p. 85 Laurent)
D = diamètre de la base de la flaque en m
H = hauteur visible de la flamme en m
g = accélération de la pesanteur (m/s²)
Une inclinaison de la flamme : l inclinaison comme dit précédemment est due au vent, on peut estimer cette inclinaison à partir des mesures réalisées par l américain GAS Association (Mudan and Croce, 1995)
Cos ¸ = 1 pour v*d" 1
Cos ¸ = 1/"v* pour v*d" 1
où v* = la vitesse adimensionnelle du vent donnée (par la relation donnée p.206 Laurent)
¸ = inclinaison de la flamme
Un effet trainé de la flamme : en raison du vent, la flamme a tendance à dévier par rapport à sa base. « L inclinaison et la trainer de la flamme induisent une incidence sur la valeur du facteur de forme de récepteur du rayonnement par rapport à la flamme. »
D /D = 1,25 (v²vent / gD)0,069 (Áv/ ÁA)0,48
Où D est le diamètre de base en m
g = accélération de la pesanteur (m/s²) vvent = vitesse du vent mesurée à une hauteur de 1.6 m
Le flux thermique rayonné par la flamme (émetteur) : la densité de flux thermique rayonné par la flamme peut être estimée par la loi de Stefan-Boltzmann, en ayant comme paramètre lémissivité de la flamme (pas facile à évaluer), la constante de Stefan-Boltzmann et de la température de la flamme.
Q1 = Q1/ S = INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/math/c/6/9/c691dc52cc1ad756972d4629934d37fd.png" \* MERGEFORMATINET Ã T4F
Où INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/math/c/6/9/c691dc52cc1ad756972d4629934d37fd.png" \* MERGEFORMATINET = émissivité de la flamme (C'est une mesure de la capacité d'un corps à absorber et à réémettre l'énergie rayonnée)
à = constante de Stefan-Boltzmann (à = 5,67.10-8 watt.m².K-4)
TF = température de la flamme (émetteur) en K
Le flux thermique reçu par la cible (récepteur) : la densité de ce flux est calculée à partir de la densité de flux thermique émise par la flamme en fonction du facteur de forme géométrique et par latténuation due à la traversée de la couche dair ambiant par transmission dair :
Le facteur géométrique de forme : « représente la fraction du flux thermique global rayonné par la surface S1 de la flamme qui atteint la cible de surface S2 .Le facteur géométrique dépend de la géométrie de la source, de la géométrie du récepteur, de la distance relative entre la flamme et la cible et de leur orientation relative. »
Le facteur de transmission de lair : le facteur est calculé en fonction du taux dhumidité de lair et de la distance en mètre entre la cible et la flamme.
Les effets
Les effets des explosions de gaz ou de vapeur sur lhomme
Les conséquences dune explosion sur lhomme sont dues aux effets de londe de surpression aérienne, de la pénétration des fragments, de limpact des missiles et de la projection des personnes sur des surfaces dures. Léquation de probit Y dun facteur causal X donné sous la forme :
Y = K1 + K2lnX
où K1 et K2 sont des constantes.
On distingue 2 types deffets :
Les effets directs ou primaires (lhomme sera soumis à londe de surpression aérienne)
Lésions aux tympans: loreille est très sensible à la pression. Le seuil de rupture du tympan constitue la référence de gravité des lésions à loreille. TNO Green Book(1989) propose un graphe représentant la probabilité de rupture de tympan dune population exposée à une surpression aérienne.
Léquation de probit correspondante de a rupture de tympan est :
Y=-12,6 + 1,524 lnPS
où PS = surpression incidente en Pa
Blessures aux poumons: les poumons eux aussi sont très sensibles à la pression. TNO Green Book(1989) a aussi présenté un graphe représentant la probabilité de survie aux effets sur les poumons dune surpression aérienne qualifiée par les valeurs Ps et de la durée dapplication positive (i+) dune personne adulte de 70 kg en position debout à la pression atmosphérique.
Les effets indirects secondaires et tertiaires (léventualité de la possibilité des conséquences sur lhomme est potentielle)
Les effets secondaires
Effets des fragments tranchants pénétrant : les formulations du facteur causal sont : lénergie cinétique dun fragment, le rapport de lénergie cinétique à lair projeté du fragment suivant sa trajectoire. « Le seuil limite de cette dernière proposition serait de 3.105 J/m2 pour une pénétration dans la peau et de 3,6.105 J/m2 pour une perforation de la peau »
Effets des missiles contondants : ils dépendent de la masse du fragment et de sa vitesse dimpact sur le corps humain.
Les effets indirects tertiaires : TNO Green Book propose deux diagrammes fournissant les coordonnées surpression PS et impulsion iS les probabilités létales des effets dus à la projection respectivement pour une fracture du crane et pour le corps humain. Pour Baker et al. (1983), la vitesse dimpact est en fonction de la surpression PS et du rapport de limpulsion iS à la masse m du corps humain à la puissance 1/3.
Les effets des explosions de gaz ou de vapeur sur les bâtiments, constructions et structure
Les effets des explosions de gaz ou de vapeur sur les bâtiments, constructions et structure peuvent être estimés. Plusieurs types de classification existent :
TNO Green Book propose un dégrossissage à laide dun tableau. Une classification des dégâts aux bâtiments est faite (destruction totale, important, moyen, faible) et elle en fonction de la surpression aérienne incidente (kPA).
Baily et al. (1995) propose une classification aux constructions en utilisant une meilleure résolution de linfluence de la pression (mbar)
Mouilleau and Lechaudel (1999) propose de joindre les dégâts aux structures en fonction de la surpression statique et de limpulsion positive.
Les effets du rayonnement thermique sur lhomme
Les effets du rayonnement thermique sur lhomme sont les brulures à des degrés différents, les effets sur la peau varient selon le temps dexposition, lâge de la personne
De nombreux modèles existent, les effets dépendent simultanément de la densité de flux thermique (kW/m²) et du temps dexposition(s).
Eléments de dispersion atmosphérique
La dispersion atmosphérique
" La dispersion atmosphérique caractérise le devenir dans le temps et dans lespace dun ensemble de particules (aérosols, gaz, poussières) rejetées dans latmosphère."
La dépression atmosphérique est un phénomène dangereux ou un phénomène physique. La dispersion atmosphérique correspond à la formation d'un nuage de produit dangereux dans le temps et dans l'espace.
Deux types d'émission d'un produit à l'atmosphère:
rejet plus ou moins continu ou périodique
rejet ponctuelle dans le temps
Mécanisme physique
Plusieurs paramètres sont pris en compte lors de la dispersion atmosphérique:
les caractéristiques de la source d'émission (nature du nuage de produit, mode démission, direction du rejet...)
les conditions météorologiques (champ de vent, de température, stabilité de l'atmosphère...)
lenvironnement (nature du sol, présence dobstacles, topographie...).
Les conditions de rejet
Les substances sont stockées dans des citernes, des bouteilles, des containers...Elles sont sous formes de gaz, d'un liquide, d'un gaz liquéfié.
Il existe deux types de rejet:
Le rejet instantané, caractérisé par la quantité émise à l'atmosphère et la pression de la capacité au moment de la rupture. Le rejet est un volume gazeux sphérique ou semi-sphérique (si l'émission à lieu au niveau du sol)
Le rejet continu est une fuite continue se produisant à partir d'une cuve ou d'une conduite de stockage... Le rejet est de forme allongé. La fuite va dépendre des conditions de stockage, de la taille, de la géométrie, et de la hauteur de l'orifice de fuite. A partir de ces données nous pouvons estimer un "terme-source"
On parle de "terme source" ce qui conditionne la formation du nuage dangereux c'est à dire l'ensemble des caractéristiques du rejet dans l'atmosphère (débit, température, état physique...)
Déplacement du nuage:
ConditionRésultatRejet de grande vitesseQuantité du mouvement prédominante Tout rejetPlus la pression de stockage est grande plus la quantité de mouvement du nuage est importante Rejet instantanéMouvement distribué tout autour du centre du nuage. Ne contribue pas au déplacement du nuageNuage en contact avec le sol/atteint une couche d'inversion de température Le mouvement vertical se transforme en mouvement horizontale.
Augmentation de la largeur du nuageNuage plus dense que l'airEffondrement sur le solTurbulenceNuage au sol a une densité suffisamment petite par rapport à l'airNuage décolle
Dilution du nuage
Source de turbulenceEffetCauseQuantité de mouvement initiale-Jet turbulentTurbulence importanteTaux important dentraînement dair favorisant la dilution du rejet.Cisaillement du champ de ventNuage monte ou descendLa différence entre la quantité de mouvement du nuage et de lair produit des tourbillons favorisant le mélange de lair dans le nuageGaz densemouvement densemble vers le sol et lexpansion verticale du nuage est réduit. En contact avec le sol, le nuage se répand, poursuit son effondrementGaz plus dense que l'airGaz légerleffet des forces dArchimède est susceptible de favoriser lascension du nuage de gaz.Gaz est moins dense que lairGaz neutre (ou passif)aucune perturbation mécanique- na pas de quantité de mouvement,
- a la même densité que lair,
- a la même température que lair
Outre l'effet mécanique, l'effet thermique peut jouer un rôle important sur la dilution. La différence de température entre l'air et le sol vont accélérer la dilution du gaz par convection thermique.
En conclusion les conditions de rejet sont : durée du rejet (continu instantané), dilution du nuage - entraînement dair (quantité de mouvement initiale, cisaillement du champ de vent), géométrie de la source (ponctuelle surfacique), hauteur du rejet (sol altitude), échanges thermiques
Les conditions métrologiques
Structure de l'atmosphère:
Une couche limite atmosphérique est la dispersion du produit se produisant que dans la couche inferieur de l'atmosphère dans le cadre du risque accidentel.
La structure de lécoulement du vent et du champ des températures sont caractérisés par deux paramètres fondamentaux :
le gradient vertical de vitesse ;
le gradient vertical de température.
Ces gradients vont particulièrement être influencés principalement par deux mécanismes physiques :
les effets de frottement de lair sur le sol.
les échanges de chaleur entre le sol et latmosphère.
La couche limite atmosphérique peut être décomposée en deux parties:
Couche de surface (fort gradient de vitesse du vent)
Couche de transition (rotation de la direction du vent à travers la couche, force de frottement n'ont plus d'effet...)
Echelle des mouvements atmosphériques:
La vitesse moyenne du vent joue deux rôles dans le processus de diffusion : lun dans le transport du produit, lautre dans sa diffusion.
On peut distinguer trois types de mouvements:
mouvements à grandes échelles (taille supérieure à la centaine de kilomètre)
mouvements à petites échelles (une taille inférieure au kilomètre et ont une durée de vie de quelques minutes)
mouvements de tailles intermédiaires (transition entre les mouvements précédents)
Structure de la turbulence atmosphérique à petite échelle:
La turbulence atmosphérique à petite échelle a deux origines distinctes :
« thermique », due à la distribution de température dans latmosphère:
si le gradient de température de latmosphère est inférieur au gradient thermique de ladiabatique alors latmosphère favorise les déplacements de gaz et elle est qualifiée dinstable ;
si le gradient de température de latmosphère est supérieur au gradient thermique de ladiabatique alors latmosphère ne favorise pas les déplacements de gaz et peut être qualifiée de stable.
« mécanique » générée par le cisaillement du vent en contact avec le sol, lorsque le nuage est en contact avec le sol, une zone de turbulence est créée du fait de la rugosité dus à la nature de la surface.
Stabilité atmosphérique et conditions météorologiques:
Condition de stabilité neutre : vent fort ou par vent modéré et ciel couvert, la turbulence produite est essentiellement dorigine mécanique.
Condition de stabilité instable: au cours dune journée ensoleillée avec des vents faibles, le sol séchauffe par rayonnement beaucoup plus rapidement que lair
Condition de stabilité stable : au cours dune nuit claire, avec des vents faibles, le sol se refroidit par rayonnement plus rapidement que les couches dair adjacentes
Condition d'inversion de température:
En fin de journée, à mesure que le soleil se couche, le sol se refroidit plus rapidement que les couches dair adjacentes. Latmosphère est donc stable près du sol et instable plus haut en altitude
En début de journée, à mesure que le soleil se lève, le sol se réchauffe davantage et plus rapidement que les couches dair adjacentes. Latmosphère est donc instable près du sol et stable plus haut en altitude.
Résumé
Les conditions météorologiques : vitesse du vent et stabilité atmosphérique
Environnement
La dispersion atmosphérique caractérise le devenir, dans le temps et dans lespace dun ensemble de particules (aérosols, gaz, poussières) rejetées dans latmosphère.
La dispersion d'un produit est influencée par l'occupation du sol. Les obstacles perturbent le champ de vent de façon mécanique.
Effet mécanique
Les obstacles et les accidents topographiques perturbent la trajectoire du vent et modifient les caractéristiques moyennes et turbulentes de lécoulement de lair (fonction de la taille et de la forme des obstacles)
Un effet mécanique peut être du:
Aux changements de rugosité, la structure du vent se trouve perturbé lors du changement de la nature du sol (discontinuité du sol et changement d'hauteur)
A la topographie accentuée: "Un écoulement qui aborde transversalement une colline subit une ascendance le long du versant au vent puis une descente le long du versant sous le vent. Au niveau du sommet, une zone de dépression et de survitesse se forme, tandis quau pied du versant, lair est ralenti" [Turbelin G., 2000].
Aux obstacles: la perturbation du vent due à un obstacle va dépendre de la dimension, de l'état de la surface de l'objet, des caractéristiques du vent et de l'environnement proche. Plus le vent est fort et le gaz léger plus la présence de l'obstacle se fait moins ressentir. Une augmentation du volume explosif a lieu lors de la rencontre d'un gaz explosif et d'un obstacle.
Effet thermique
Influence de la présence d'une étendue d'eau - Phénomène de brise:
brise de mer: au cours d'une journée, la terre se réchauffe plus rapidement que la mer. Sur la terre une basse pression s'établit localement propice à un écoulement d'air de l'étendue d'eau vers la terre.
brise de terre : La nuit la terre perd sa chaleur plus rapidement que la mer. Une zone de basse pression se crée alors sur la mer à l'origine d'un écoulement d'air de la terre vers la mer
Influence d'une pente - Phénomène de brise pente
brise montante: durant le jour le sol se réchauffe plus vite que l'air libre. L'air qui se trouve directement au contact du sol tend donc à s'élever le long de la pente.
brise descendante: la nuit, le sol refroidit l'air qui se trouve en contact avec lui. Cet air, devenu plus lourd s'écoule le long de la pente
Influence d'une vallée:
même effet que la brise de pente
dans la journée l'air s'élève le long des pentes sur les versants directement exposés au soleil (vent de pente ascendante)
le soir, vent de pente descendante
Résumé
Les conditions orographiques : obstacles, rugosité, relief, occupation du sol
Nuage toxique
Un nuage toxique est un type de dispersion atmosphérique.
"Un nuage toxique peut en premier lieu provoquer une asphyxie lorsque le corps humain ne reçoit pas suffisamment doxygène. Cela se produit surtout en atmosphère confinée. Le problème est local, il dépend par exemple, du taux de renouvellement dair. Si lasphyxie nentre pas trop dans la problématique des dangers que lunité industrielle peut faire courir à son voisinage, il existe des cas où la modélisation de la dispersion dun nuage toxique est dimportance"
SUAREZ (J.), POURTIER (L.) et LLONGARIO
(O.). Modélisation de la dispersion atmosphérique
des odeurs [G 2 260]. Traité Environnement
(2002).
Un modèle est utilisé pour rendre compte de la dispersion d'un nuage toxique, le logiciel ADMS3 est un modèle mathématique gaussien pour évaluer limpact des rejets atmosphériques dune grande variété de sources industrielles.
Dans le cas détablissements stockant, employant ou produisant des substances toxiques, lexploitant devra définir des effets toxiques potentiels correspondant aux premiers décès, aux effets létaux significatifs (significativité fixée à 5 %) et aux premières atteintes irréversibles sur lhomme. Une méthodologie de détermination des seuils de toxicité aiguë a été développée au niveau national et permet de fixer les seuils de toxicité aiguë en cas démission accidentelle dune substance toxique dans latmosphère par un site industriel
Méthodologie
Analyse
Voyons maintenant plus en détails létude de la dispersion atmosphérique, permettant de prévoir les conséquences potentielles dune émission dune substance.
La source démission
Les sources démission dune substance, quelque soit le type de la substance, sont nombreuses et variées. Le retour dexpérience permet de constater que les causes initiales des rejets peuvent être, et le plus souvent, dues aux défaillances déquipements.
Comme nous lavons dit précédemment il existe deux types de rejet, le rejet à émission instantanée ou à émission continue. Ces différentes émissions sont dues soit de :
Létat initial du fluide
La nature de lunité industrielle
La dimension de la brèche
La présence dune barrière de confinement ou non dans un bâtiment ou à lair libre
La position relative de la source démission par rapport au sol
La quantité initiale de mouvement ou dénergie cinétique du fluide de rejet
La source démission est quantifiée selon la masse m de substance libérée instantanément ou selon le débit massique m rejeté en continu.
Champ dapplication de la dispersion atmosphérique
En prenant lexemple (schéma des différents champs dune émission-dispersion p109 Laurent), quatre repères sont présents :
Emission : une fuite se produit par jet, la brèche se trouve à une hauteur géométrique h par rapport au sol. En présence dun jet de gaz ou de vapeur lors de lémission est caractérisée par une hauteur H par rapport au sol.
Dispersion rapprochées : ce repère se situe à moins de 100 m de la brèche, la dispersion réagie différemment selon la quantité de mouvement initiale du rejet, selon les effets du sol et selon la présence dobstacles disposés à proximité de la source.
Dispersion atmosphérique : ce repère se situe entre 100 m et 10 km de la brèche
Le champ lointain : (>10 km) relève des phénomènes météorologiques à léchelle globale.
Léquation fondamentale générale de la diffusion-dispersion
Léquation fondamentale générale de la diffusion-dispersion d'un gaz prend en compte, selon un axe(X, Y, Z) :
"C / "t + u "C / "x+ v "C / "y+ w "C / "z = ( Dx+Dtx) "²C / "x²+( Dy+Dty) "²C / "y²+( Dz+Dtz) "²C / "z²
la concentration massique du gaz dispersé par unité de vent(C)
u, v, w sont les composantes de la vitesse instantanée suivant les trois axes.
X, Y , Z sont les coordonnées dun point de nuage dispersé respectivement sous le vent (Ox)
Orthogonalement au vent dans un plan horizontal Oy et dans un plans verticale Oz
Dx, Dy, Dz : coefficients respectifs de diffusion moléculaire suivant Ox, Oz, Oy
Dtx, Dty, Dtz : coefficients respectifs de diffusion turbulente suivant Ox, Oz, Oy
t : le temps de transfert depuis linitiation de lémission
En considérant que les vecteurs v et w sont nuls, léquation fondamentale générale de la diffusion-dispersion d'un gaz utilise la loi de distribution gaussienne dans l espace.
"C / "t + u "C / "x = (D+D) ( "²C / "x²+ "²C / "y²+ "²C / "z²)
Mais cette solution n est pas aisée à utiliser (problème à utiliser les coefficients de diffusion moléculaire D et Dt), une façon plus facile cest de caractériser la dispersion atmosphérique qui croit avec le degré de turbulence de latmosphère par des écarts types de distribution de vitesse.
Le modèle Gaussien de dispersion passive
Le modèle Gaussien de dispersion passive est utilisé pour caractériser la masse volumique (Ám) et sa concentration. Le nuage est soumis à l action de l air atmosphérique par la vitesse du vent sans perturber l écoulement et sans modifier les propriétés de l air atmosphérique. On parle de dispersion passive lorsque les masses volumiques et lair atmosphérique sont identiques.
Les équations sont différentes selon la nature de lémission du rejet (continue ou instantanée), on détermine cette nature en comparant la durée du rejet tR avec le temps de transfert t= x/u du nuage de la source au point dobservation situé à la distance x (tR > x/u lémission est considérée comme continue).
Dans le cas dune source démission instantanée, la concentration C en un point(x, y, z) au temps t est donnée pour une source en position élevée. Pour détermine ?fgh
îÜʶ®¶¥¥ncTcBTcT#j}hTUmHnHujhTUmHnHuhTmHnHu*jh &ïhT0JUmHnHuh &ïhT0JmHnHu$jh &ïhT0JUmHnHuhTmHnHuh£X'CJOJQJaJh'?CJOJQJaJh§bËCJOJQJaJhÚB|CJOJQJaJhaöCJOJQJaJhàsÍCJOJQJaJ&%%%T%U%j%%ã%ÿ%z&{&Á&ú&9':';'M'|''''½'¾'Ù'Þ'(#(&(+(,(µ(ôèÜÐÜÄܸܬ
y¸ym¸maUm¸mÄôyNyhÊ8h³N²hmCJOJQJaJh+7eCJOJQJaJh³N²CJOJQJaJhÊ8CJOJQJaJhTÿCJOJQJaJhFpêCJOJQJaJhýzhFpêCJOJQJaJh½ñCJOJQJaJh§bËCJOJQJaJh'?CJOJQJaJh»wúCJOJQJaJhÓJ]CJOJQJaJhf>'CJOJQJaJhbCJOJQJaJ%z&{&:';'|',(Â(\)¿)À)Á)q*À*ÿ*A+b+c+z+{+á+b,é,ñ-.÷÷÷÷÷ìììì÷÷÷÷ááá÷Ù÷÷ÎÎÎÎ$
&Fa$gdOR$a$gdOR$
&Fa$gdOR$
&Fa$gdOR$a$gdORµ(Á(Â(×(ã(ä(å(æ(ï([)\)))¾)¿)À)q*¼*¾*b+{+±+²+³+Ç+á+ê+a,b,o,è,é,÷,ôíáÕáÕáôáíáÕáíáÆ·Õ·³¤Õ¤¤¤w¤we#hmphe}0J6CJOJQJaJhmphe}CJOJQJaJhmphp
CJOJQJaJhmph'?CJOJQJaJhmphÎ,CJOJQJaJhp
hp
hp
CJOJQJaJhp
hÊ8CJOJQJaJh'?CJOJQJaJhÊ8CJOJQJaJhÊ8hÊ8h§bËCJOJQJaJ ÷,ð-ñ-ù-.µ.».¿.È.Í.//G/H/e/p/t/|/60[0i000íÙʻʬʬÊ|m^RFR7hmphmpCJOJQJaJh§bËCJOJQJaJhyCJOJQJaJhmphbCJOJQJaJhmph§bËCJOJQJaJhõG5CJOJQJ\aJ"hmph¢¼5CJOJQJ\aJhmph¢¼CJOJQJaJhmph%ÐCJOJQJaJhmphÎ,CJOJQJaJhmphe}CJOJQJaJ&hmphe}0J6CJOJQJ]aJ#hmphÎ,0J6CJOJQJaJ..µ.01111111111333333 3
333
3÷÷ìàÔÔÔÔÔÔÔÔÔì÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷$h^ha$gdOR$Á^Áa$gdOR$
&Fa$gdOR$a$gdOR0»0¼0ç0è0û0+14181?1C1D1H1S1]1^11111 1»1À1Æ1Ö1ä1ó1
22O2^222Ú2â2ôèôÜÐôÁôÁôÁôÁôµô©©}qeqeqeYeYeYeYhzÀCJOJQJaJhQÂCJOJQJaJhvCJOJQJaJhmphe}CJOJQJaJhmph%ÐCJOJQJaJjh "åUmHnHuh "åCJOJQJaJhmCJOJQJaJhmphyCJOJQJaJhs$£CJOJQJaJh'?CJOJQJaJh§bËCJOJQJaJhyCJOJQJaJ"â233333333!3I3K3L3U3Y3_3`3l3x333 3Ã3Ê3Ë3Þ3ß3à3
44u4v4Ö4×45575K5¨5Å5Ù5ôèÜÎÜ¿èÜ°¡ttttht¡¡¡h7CJOJQJaJhÍoÔhOØCJOJQJaJhÍoÔh%*ÄCJOJQJaJhÍoÔh¤CJOJQJaJhÍoÔhe}CJOJQJaJhÍoÔhenKCJOJQJaJhmphenKCJOJQJaJjhenKUmHnHuhenKCJOJQJaJhe}CJOJQJaJhQÂCJOJQJaJ(
3333333333333333333 3!3;3Ë385©56µ67÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷ìììììì$
&Fa$gdOR$a$gdORÙ5à5ê56-6´6µ6Ñ6è6é677777N7O7P7[7c77è7ö7 88&8\8ñåÖÇָǦ¸¦¸{w{hYhYJYJYJhêhU98CJOJQJaJhêh/s¦CJOJQJaJhêhÍoÔCJOJQJaJhp
hÍoÔhÉ_hÍoÔCJOJQJaJhÍoÔCJOJQJaJh%ÐCJOJQJaJ#hÍoÔhÉ_CJOJQJ]^JaJhÍoÔhÉ_CJOJQJaJhÍoÔh%ÐCJOJQJaJhÍoÔh%*ÄCJOJQJaJh7CJOJQJaJhÍoÔhOØCJOJQJaJ7777O7P7Q7(9¾:¿:;É;QQ>®>{{ $Ifgd\CÂ{kdðY$$IfFÖÖ0ÿÈ$|¸
tàÖ0ÿÿÿÿÿÿö4%6öÖÿÿÖÿÿÖÿÿÖÿÿ4Ö4Ö
laöytS*-®>¯>û>9?]?{{{ $Ifgd\CÂ{kdZ$$IfFÖÖ0ÿÈ$|¸
tàÖ0ÿÿÿÿÿÿö4%6öÖÿÿÖÿÿÖÿÿÖÿÿ4Ö4Ö
laöytS*-]?^?y??{{ $Ifgd\CÂ{kd[$$IfFÖÖ0ÿÈ$|¸
tàÖ0ÿÿÿÿÿÿö4%6öÖÿÿÖÿÿÖÿÿÖÿÿ4Ö4Ö
laöytS*-??à?î?{{ $Ifgd\CÂ{kd©[$$IfFÖÖ0ÿÈ$|¸
tàÖ0ÿÿÿÿÿÿö4%6öÖÿÿÖÿÿÖÿÿÖÿÿ4Ö4Ö
laöytS*-î?ï?ð?ñ?@@@ @&@||||ppp$$Ifa$gdS*-$a$gdýx¥{kdG^GGGHHHHH±H³H=IlI|J}J¸J¹JÕJæJ½LÃLMMMôåôåôåôåÞô×ôÐô½ô®ôôsasasôRh\CÂhýx¥CJOJQJaJ"h3Aähýx¥5CJOJQJ\aJh3Aähýx¥CJOJQJaJh3Aähýx¥5CJOJQJaJhýx¥5CJOJQJaJh]lhýx¥CJOJQJaJhªhhýx¥CJOJQJaJ%h©%Ñhýx¥56CJOJQJ]aJhªhhýx¥hSS
hýx¥h¯hýx¥h8IlI¹I(J{J|J}J¸J¹JKJKLÅLMMÌMÍMóóóãããóóØÐóÀ°°Àóؤ$h^ha$gdÓm$
&F 7$8$H$a$gdÓm$
&F 7$8$H$a$gdÓm$a$gdÓm$
&F?a$gdÓm$
&F7$8$H$a$gdÓm$7$8$H$a$gdÓmMMMÌMÍMíMZN|NNO6OËOÜOFPPP¤PQZQ[QdQfQmQoQºQÉQÊQ8R9RqRR´RòRóRSS`SeS¼SÛSùSûSüSýSTTTTT±T²T³TñåØåɹɹɹɹɹɹɹɹÉØ媦ååååئåååååååh!+ëCJOJQJaJhA&%hýx¥CJOJQJaJhýx¥hV´hýx¥CJOJQJaJhr)uhýx¥CJOJQJ\aJhr)uhýx¥CJOJQJaJhýx¥5CJOJQJaJhýx¥CJOJQJaJhqNhýx¥CJOJQJaJ3ÍM[NüN¥OËOPeQfQmQnQºQ»QÉQÊQrRóRSSÜSýSôôôôééÝÒÆƾ³¾ÆƨÆƾ$
&F@a$gdÓm$
&F>a$gdÓm$a$gdÓm$7$8$H$a$gdÓm$
&F?a$gdÓm$8^8a$gdÓm$
&F
a$gdÓm$
&F
a$gdÓmýSTÛURWSWTWdWeW©WvX3YdYZZ´ZÕZQ[u[|[}[Ë[Ì[ôôôèàÕàŵµÅµµÅµµµÕààà$
&F7$8$H$a$gdÓm$
&F7$8$H$a$gdÓm$
&F@a$gdÓm$a$gdÓm$7$8$H$a$gdÓm$
&Fa$gdÓm³T
UUbUcU¸U¹UÚUÛUßUçUèU"V%V>VAV¶V»VÈVÉVWWQWRWSWeWWWWW§W¨W©WÍWvXX3YsYuYñåñåñåñåÙåÙåÙåÙåÙåÙåÙåñÕȸ«¸«¸}phýx¥CJOJQJ\aJh±vÔhýx¥CJOJQJaJhb
©hýx¥CJOJQJaJhb
©hýx¥CJOJQJ\aJhýx¥CJOJQJ]aJhb
©hýx¥CJOJQJ]aJhýx¥5CJOJQJaJhýx¥h!+ëCJOJQJaJhýx¥CJOJQJaJh·HÉhýx¥CJOJQJaJ&uYY Z"Z(ZdZeZ²ZQ[t[u[|[~[Ê[Ë[Î[Ü[Ý[\\è]é]ê]ïàÓïàÇ໬»¬|s|bTCTC hÃ~vhýx¥CJOJQJ^JaJhýx¥CJOJQJ^JaJ hoýhýx¥CJOJQJ^JaJh>uBhýx¥0Jhýx¥hV´hýx¥CJOJQJaJhýx¥5CJOJQJaJh]lhýx¥5CJOJQJaJh]lhýx¥CJOJQJaJhýx¥CJOJQJaJhå]¾CJOJQJaJhýx¥CJOJQJ\aJh±vÔhýx¥CJOJQJaJh±vÔhýx¥CJOJQJ\aJÌ[Í[Î[Ü[Ý[\ê]^G^r^z^{^|^`_{a|a}aaaaaa÷÷ï÷÷ãÓÓÓÇÇÇãã÷÷ïïº$a$gdÓmgdýx¥$ ^ a$gdýx¥$ 7$8$H$^ a$gdýx¥$7$8$H$a$gdÓm$a$gdÓm$a$gdÓmê]^R^y^}^___`_aa{a|a}aaaaaaaïÛïͼ§vgc]TPBc;hveh'jhýx¥UmHnHuhfh>uBhf0J
hf0Jhýx¥hhýx¥CJOJQJaJhýx¥CJOJQJ^JaJ hsBhýx¥CJOJQJ^JaJ#hýx¥B*CJOJQJ^JaJph)hPUhýx¥B*CJOJQJ^JaJph hPUhýx¥CJOJQJ^JaJhýx¥CJOJQJ^JaJ&hÃ~vhýx¥6CJOJQJ]^JaJ hÃ~vhýx¥CJOJQJ^JaJaa5b6bLbMbMcöcd1dKddÞd*e+e´eµeéeêeefEg@hhèhéh'i÷÷÷ï÷÷÷ääääää÷÷÷ï÷÷ÙÙÙÙ÷ï$
&F,a$gdÓm$
&F+a$gdÓm$a$gdÓm$a$gdÓmaa6bLbMb¶b·bcc&c'cLc)e*e^e_ee eµeée@hèhéh'iij^j`jdjhjjjjjôåÞåÏÃÏ·Ï·ÏèÃÃÃÞÃÃÃp_p_Rp_hÕò6OJQJ]^J!hj[°hÊ2¢6H*OJQJ]^Jhj[°hÊ2¢6OJQJ]^JhÑ|phýx¥hÜMNhýx¥CJOJQJaJ"hØu¬hýx¥56CJOJQJaJhØu¬hýx¥CJOJQJaJhÁEmCJOJQJaJhýx¥CJOJQJaJh]lhýx¥CJOJQJaJh(¡hýx¥h