Risque explosion

Définition et caractéristiques d’une explosion

Deux types d’explosions se distinguent :

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

- une explosion résultant de l’augmentation excessive de la pression des gaz dans un contenant : elle peut produire un éclatement pneumatique, par exemple, ou de l’éclatement d’un réservoir clos (typiquement un réacteur), ou encore l’affaiblissement localisé de la résistance des parois d’un réservoir.

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

Comment une explosion peut se produire

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

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

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

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

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

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

Les effets de l’explosion

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

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

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

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

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

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

Description des dommages engendrés par le rayonnement thermique sur l’homme ou les structures : voir « Risques incendie ».

Comment prévenir les explosions ou en limiter les effets ?

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

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

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

Dans le cas des explosions de poussières, on cherche enfin à éviter la transmission de l’explosion d’un volume à un autre en pratiquant des séparations résistantes (découplages) entre les volumes. Le souffle d’une explosion étant capable de mettre en suspension d’éventuels dépôts de poussières accumulées sur les surfaces, elle peut en effet trouver dans un volume initialement dénué d’atmosphère explosible de nouvelles conditions propices à l’explosion, avec la possibilité d’un effet de croissance accélérée en chaîne (voir l’accident d’un silo de Strasbourg, en 2018).

Pour en savoir plus : BARPI – Explosion eau / métal en fusion

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