1
Aide à l ’application de la
réglementation ATEX
R.LODEL
2
La réglementation ATEX
L ’application de la réglementation concerne plusieurs aspects :
– Aspects réglementaires
– Aspects phénoménologiques
– Aspects méthodologiques
3
Aspects réglementaires
4
Aspects réglementaires
Le cadre réglementaire est le code du travail
L ’objectif est l ’amélioration de la santé et de la sécurité des travailleurs exposés aux risques des ATEX
L ’objectif diffère de celui de la réglementation ICPE (protection de l ’environnement)
5
Aspects réglementaires
En matière de protection des travailleurs, le cadre général est : – au niveau européen la directive
89/391/CEE sur l ’amélioration de la santé et de la sécurité des travailleurs,
– au niveau français, la loi de 91 sur la sécurité au travail et le décret du 5 novembre 2001 (code du travail, art. L.230-2 et suiv.)
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Aspects réglementaires
Les textes sont ceux qui transposent en droit français les directives européennes 94/9/CE et 1999/92/CE :
le décret 96-1010 (ministère chargé de l ’industrie), sur les appareils et systèmes de protection destinés à être utilisés en ATEX, transpose la directive 94/9/CE
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Aspects réglementaires
plusieurs textes de transposition de la directive 1999/92/CE modifient ou complètent le code du travail : – les décrets 2002-1553 et 1554, modifiant l ’art.
R232-12-23 sur les dispositions concernant la prévention des explosions dans les lieux de travail,
– un arrêté du 8 juillet 2003
EX
sur la signalisation des zones ATEX
8
Aspects réglementaires plusieurs textes de transposition de la directive
1999/92/CE modifient ou complètent le code du travail :– l ’arrêté du 28 juillet modifie les conditions
d ’installation des matériels électriques en zone ATEX (remplace l ’arrêté du 19 décembre 1988)
– un arrêté du 8 juillet complète les dispositions sur la protection des travailleurs exposés aux risques des ATEX et sur le classement en zones ATEX
la circulaire du 6 août 2003 commente l ’arrêté du 28 juillet
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Exigences réglementaires
Evaluation des risques d’explosion Classification en zones ATEX Document relatif à la protection contre les
explosions Mesures de prévention/protection contre les
explosions, de nature technique ou organisationnelle
Dispositions particulières pour les appareils
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Évaluation des risques d’explosion
Il faut tenir compte (art. R232-12-26) :– des propriétés des produits mis en œuvre, de la
nature des procédés et des installations exploités,
– de la probabilité de formation des ATEX– de la probabilité d’inflammation des ATEX– de l’étendue des conséquences de
l ’inflammation des ATEX
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Champ d ’application
Sont concernées toutes les installations où des produits combustibles sont mis en œuvre et où des ATEX peuvent se former (y compris celles exploitées par les PMI/PME)
La réglementation exclut explicitement les appareils à gaz, dont en particulier les chaudières
Cependant, les chaufferies abritant les appareils à gaz sont bien dans le champ de la réglementation ATEX
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Classification en zones ATEX (art. 3 de l ’arrêté du 8/7/03)
définition des zones selon la fréquence et la durée de présence des ATEX
la classification doit aussi tenir compte de l’intensité des effets attendus de l ’inflammation d ’une ATEX :
« un emplacement où une ATEX peut se présenter en quantités telles que des précautions spéciales sont nécessaires est considéré comme dangereux au sens de la réglementation»
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Classification en zones ATEX
six zones sont définies :
emplacements dangereux :– zones 0, 1 et 2 pour les ATEX gazeuses,– zones 20, 21 et 22 pour les ATEX poussiéreuses,
la notion d ’emplacement non-dangereux, définie dans la directive ATEX 1999/92/CE n ’a pas été reprise dans le texte français
14
Classification en zones ATEX
Zone 0 ou 20
emplacements où une ATEX est présente en permanence ou pendant de longues périodes
ou fréquemment
15
Classification en zones ATEX
Zone 1 ou 21
emplacements où une ATEX est susceptible de se présenter occasionnellement en
fonctionnement normal
« fonctionnement normal » signifie que les installations sont utilisées conformément à
leurs paramètres de conception
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Classification en zones ATEX
Zone 2 ou 22
emplacements où une ATEX n'est pas susceptible de se présenter en fonctionnement
normal ou, si elle se présente néanmoins, n'est que de courte durée
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Document relatif à la protection contre les explosions
il doit faire apparaître, entre autres (art. R232-12-29) :– que les risques d ’explosion ont été déterminés et
évalués– que des mesures adéquates seront prises pour
atteindre les objectifs de protection– quels sont les emplacements classés en zones
il doit être prêt pour le 01/07/06 et mis à jour régulièrement
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Mesures de prévention/protection (art. 5 à 15 de l ’arrêté du 8/7/03)
Les mesures de prévention/protection contre les explosions peuvent être organisationnelles ou techniques
Les mesures organisationnelles (art. 5 et 6) sont les suivantes :
– formation des travailleurs exposés aux risques d ’explosion
– instructions écrites et autorisation d’exécuter certains travaux (consignes, procédures, permis de feu ...), y compris pour les entreprises intervenantes
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Mesures de prévention/protection
Mesures techniques (art. 7 à 15) :–prévention de la formation des ATEX par la
ventilation ou l’aspiration à la source et par un contrôle de l ’atmosphère des locaux
–prévention de la formation des ATEX par inertage
–prévention de l ’inflammation des ATEX par la suppression de toutes les sources d ’inflammation actives (y compris celles d ’origine électrostatique)
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Mesures de prévention/protection
Mesures techniques (suite) :–protection contre les effets des explosions
au moyen de différents systèmes»évents d ’explosion,»suppresseurs d ’explosion, »systèmes d ’isolement, »arrête-flammes
–utilisation de détecteurs et d’alarmes
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Critères de sélection des appareils et systèmes de protection
(art 16 de l ’arrêté du 8/7/03)
Les appareils installés en zone doivent être conformes aux catégories prévues par le décret 96 -1010 (transposition de la directive ATEX 94/9/CE) – zones 0 ou 20 : catégorie 1, G ou D– zones 1 ou 21 : catégorie 1 ou 2, G ou D– zones 2 ou 22 : catégorie 1, 2, ou 3, G ou D
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Dispositions particulières pour les appareils
Clause de réserve :
l ’équivalence zone/catégorie doit être appliquée, « sauf dispositions contraires prévues par le document relatif à la protection contre les explosions... fondé sur l’évaluation des risques… »
Cette réserve concernerait au moins les appareils non-électriques mis en œuvre après le 01/07/03
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Dates d’application
les risques doivent être évalués depuis le 01/07/2003
Les lieux de travail déjà utilisés avant juillet 2003 doivent être conformes :– à l ’art . R. 232-12-26 du code du travail (risques
évalués depuis le 1/7/03)– aux art. R 232-12-23 à 29 du code du travail à partir
du 1/7/06– aux prescriptions minimales de l ’arrêté du 8/7/03
depuis le 1/7/06
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Dates d’application
Les lieux de travail utilisés pour la première fois après juillet 2003 doivent être conformes :– aux art. R232-12-23 à 29 du code du travail, dès
leur mise en service– aux prescriptions minimales de l ’arrêté du 8/7/03
dès leur mise en service
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Dates d’application
Les équipements de travail déjà utilisés avant juillet 2003 doivent être conformes :– depuis le 1/7/03 aux prescriptions minimales de la
section 2 (visant à améliorer la protection des travailleurs) de l ’arrêté du 8/7/03
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Dates d’application
Les équipements de travail utilisés pour la première fois après juillet 2003 doivent être conformes– dès leur mise en service, aux prescriptions
minimales des sections 2 (visant à améliorer la protection des travailleurs) et 3 (critères de sélection des appareils et systèmes de protection) de l ’arrêté du 8/7/03
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Dates d’application
les équipements de travail exploités pour la 1ère fois après le 01/07/2003 doivent être marqués ATEX et conformes aux catégories prévues par le décret 96-1010
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Dates d’application
les installations électriques qui n ’étaient pas conformes à l ’arrêté du 19/12/88 doivent être conformes à l ’arrêté du 28/7/03 depuis cette date
les installations électriques qui étaient conformes à l ’arrêté du 19/12/88,
– sont présumées conformes jusqu ’au 1/7/06– cette conformité demeure pourvu qu ’elle soit validée dans le document relatif à la protection contre les explosions
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Dates d’application
les installations électriques nouvelles doivent être conformes à l ’arrêté du 28/7/03 dès leur mise en service
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Difficultés d ’application de la réglementation
il existe un guide de bonne pratique européen, à caractère non-contraignant, destiné à aider les assujettis à appliquer la réglementation
ce guide ne propose aucune méthode d ’évaluation des risques et ne précise pas comment les probabilités de formation et d’inflammation des ATEX doivent être évaluées
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Guide de bonne pratique européen
Cependant ce guide propose un logigramme qui présente la démarche d ’évaluation des risques de façon simple et logique
Chaque étape du logigramme fait référence à l ’un des chapitres du guide
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La formation d'une ATEXdangereuse est-elle possible ?[chap. 2.2.4.]
Aucune mesure deprotection n'estnécessaire
-
Aucune mesure deprotection n'estnécessaire
Aucune mesure deprotection n'estnécessaire
-
Réduire les effets des explosions à un niveauinnoffensif
Y a-t-il des substancesinflammables ? [chap. 2.2.1.] NONOUI
Une ATEX peut-elle se former parune répartition suffisante dans l'air[chap. 2.2.2.]
NONOUI
Où une ATEX peut-elle se former ?[chap.2.2.3.]
Limiter autant que possible la formationd'ATEX dangereuses !
Peut-on empêcher de manière fiablela formation d'une ATEXdangereuse ? [chap. 2.2.5]NON
Peut-on empêcher de manière fiablel'inflammation d'une ATEXdangereuse ? [chap. 2.2.6]
OUINON
Eviter les sources d'inflammation activesselon le découpage en zones de l'espace
contenant une ATEX dangereuse
D'autresmesures sontnécessaires
Mesures deprotectionnécessaires
D'autresmesures sontnécessaires
OUI NON
Ensuite
Comment un espace contenant une ATEXdangereuse peut-il être délimité en zones?Ensuite
Aucune autremesure deprotectionnécessaire
Aucune autremesure deprotectionnécessaire
OUI
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Difficultés d ’application de la réglementation
Des textes anciens encore en vigueur (arrêtés de 09/67, 11/72 et 11/75 - ministère industrie) imposent une classification en zones et un dimensionnement forfaitaire de ces zones
Les zones sont définies selon la présence d ’un gaz ou d ’une vapeur combustible et non pas selon la présence d ’une ATEX
Les zones poussiéreuses ne sont pas définies
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Difficultés d ’application de la réglementation
Ces textes ne sont pas cohérents avec les textes de la réglementation ATEX
De même, l ’arrêté du 31/03/80 (ministère de l ’environnement) ne définit que deux types de zones ATEX pour les gaz et les vapeurs, mais pas pour les poussières
L ’arrêté du 29/07/98 introduit 3 zones poussières pour les silos
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Protection des travailleurs exposésaux effets des explosions d ’ATEX
Protection de l ’environnementexposé aux effets dedifférents phénomènesdont les explosions d ’ATEX
Réglementation ATEX(Code du travail)
Réglementation ICPE(Code de l ’environnement et
autres textes)
2 réglementations parallèles
Prise en compte des scénarios (dont les majorants) produisant des effets sur l ’environnement, dont l ’explosion d ’ATEX
Prise en compte des scénarios ex-posant les travailleurs à des blessu-res même légères et tenant compte de l ’expérience de l ’exploitation
Classement en 3 zones gaz et 3 zones poussières des emplacements où des ATEX dangereuses peuvent se former (arrêté du 8 juillet 2003)dimensionnement réaliste des zones, fondé sur la physique des phénomènes à l ’origine des ATEX
Dimensionnement forfaitaire
Classement en 2 zones gaz (ar. du 31/3/80) ou 3 zones pous-sière (arrêté silo) des emplace-ments où des ATEX peuvent se former ; pour industrie pétrolière classement en 2 zones de type gaz (arrêtés de 67, 72 et 75)
Démarche d ’évaluation des risques formalisée dans le « document relatif à la protection contre les explosions »
Démarche d ’évaluation des risques formalisée dans « l’ étude des dangers »
La démarche est probabiliste et tient compte des mesures de prévention de la formation et de l ’inflammation des ATEX
La démarche est encore très déterministe : les mesures de prévention de l ’inflammation des ATEX ne sont pas toujours prises en compte
Démarches différentes
Définition différente des zones
Dimensionnementdifférent des zones
Nécessité commune d ’évaluation
des risques
Objectifs différents
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Aspects phénoménologiques
37
Le phénomène d ’explosion
Une explosion est l ’évolution rapide d ’un système avec libération d ’énergie et production d ’effets mécaniques et éventuellement thermiques
L ’énergie libérée peut avoir une origine physique ou chimique
38
Le phénomène d ’explosion
Deux types d ’explosion correspondent à une énergie libérée d ’origine physique :– la rupture d ’un récipient pressurisé par un gaz– la vaporisation brutale d ’un liquide surchauffé
Deux types d ’explosion correspondent à une énergie libérée d ’origine chimique :– l ’explosion d ’une ATEX– l ’explosion qui résulte d ’un emballement thermique
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L’explosion physique
La rupture (l ’éclatement) d ’un récipient pressurisé par un gaz génère différents types d ’effet :– l ’émission d ’une onde de choc– la projection des débris du récipient
Du fait de sa rapidité, le phénomène s ’apparente à la détonation d ’un explosif
40
L’explosion physique
La vaporisation brutale d ’un liquide surchauffé est un phénomène qui se produit généralement– dans l ’industrie métallurgique– dans les chaudières ou récipients contenant des
gaz liquéfiés (bleve) l ’énergie libérée est proportionnelle à
– la masse du liquide vaporisé– la différence entre la température initiale du liquide
et sa température d ’ébullition
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L’explosion chimique
L ’énergie libérée est l ’enthalpie d ’une réaction chimique exothermique :– soit c ’est l ’enthalpie d ’une réaction chimique
» de décomposition d ’un produit instable» entre un ou plusieurs réactifs (emballement thermique)
– soit c ’est l ’enthalpie de la réaction de combustion dans l ’air d ’un produit combustible : le mélange réactionnel est une atmosphère explosive (ATEX) constituée d ’un produit combustible à l ’état de gaz, de vapeur ou de poussière dispersée dans l ’air
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Explosion d ’une ATEX L ’énergie libérée est l ’enthalpie de la réaction
de combustion dans l ’air d ’une substance « oxydable » ou « combustible » ou « inflammable »– cas d ’une substance hydrocarbonée :
22tzyx )N2
z
4
y3,77(x)O
2
z
4
y(xNOHC
– cas d ’un métal ou d ’un métalloïde M :
0)H( N2y
3,77OMN2y
3,77O2y
xM 2yx22 Δ
0)H(N4
y3,77H
2
yxCO 2 22
2t
)2z
( xO
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Oxydabilité d ’une substancesolide
L ’oxydabilité s ’apprécie d ’après les résultats d ’un essai d ’ATD/ATG (analyse thermique différentielle/thermogravimétrique),
une substance facilement oxydable montre un pic exothermique en-dessous de 250°C,
une substance hydrocarbonée s ’oxyde en perdant du poids (formation d ’oxydes gazeux, H2O et CO2) ; un métal s ’oxyde en gagnant du poids (formation d ’oxydes métalliques).
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AIR , AZOTE .....
ANALYSEDES GAZ
BALANCE
T FOUR = DE 25 A 800°C
VITESSE DE CHAUFFE = DE 0,5 A 5°C / min
Substance témoin
Échantillon
ATD - ATG
ANALYSE THERMIQUE DIFFERENTIELLE
ANALYSE THERMIQUE GRAVIMETRIQUE
45
2
ATD - ATG
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Température du témoin ( °C )
Dif
fére
nce
de
tem
pér
atur
e en
tre
l'éc
han
till
on e
t le
tém
oin
(°C
)
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
Po
ids
(%
)
46
Mécanisme de l ’explosion
Les produits de la réaction sont des gaz (CO2, H2O, N2) ; du fait de l ’énergie libérée, ces gaz sont portés à température élevée (plusieurs milliers de K)
En absence de confinement, il se produit une expansion des gaz brûlés
En espace confiné, il se produit une augmentation de la pression des gaz brûlés dans le confinement
47
Mécanisme de l ’explosion
Pour que l ’explosion puisse s ’amorcer, le système doit recevoir localement un minimum d ’énergie : c ’est l ’énergie d ’inflammation, apportée par la source d ’inflammation (c ’est aussi l ’énergie d ’activation de la réaction de combustion)
La réaction démarre localement : les produits de la réaction (gaz brûlés ou gaz de combustion) sont portés à haute température dans une zone mince appelée « flamme »
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Les sources d ’inflammation
Sources d ’inflammation les plus fréquentes :– flammes nues (briquet, chalumeau, brûleur…)– travaux de meulage (étincelles mécaniques)– étincelles électriques (contacteurs, moteurs…)– électricité statique (surtout pour les gaz et vapeurs)– surfaces chaudes (fours, pièces mécaniques qui
frottent et s ’échauffent…)– auto-inflammation d ’un dépôt de poussières
combustibles
49
Les sources d ’inflammation
Autres sources d ’inflammation :– compression adiabatique d ’une ATEX gazeuse– foudre– courants vagabonds– produits pyrophoriques– rayonnement haute fréquence– rayonnement optique– rayonnement ionisant
50
Mécanisme de l ’explosion
Dans une explosion d ’ATEX, la réaction de combustion est amorcée localement et se propage à l ’ensemble du système
On distingue deux régimes distincts de propagation d ’une explosion :– la déflagration– la détonation
51
Caractérisation des substances combustibles
Une substance combustible est caractérisée par :– son oxydabilité– sa chaleur de combustion H– ses limites d ’explosivité (LIE/LSE),– son point d ’éclair (pour un liquide)– sa température d ’auto-inflammation (TAI)– son énergie d ’inflammation (EMI)– ses conditions d ’explosion en milieu confiné
52
Cas des gaz et vapeurs
Combustion de l ’acétone dans l ’air :
2263 N15,08 4OOHC
La teneur en acétone d ’un mélange acétone-air stoechiométrique vaut :
Cst = 1/(1+4+15,08) = 5 % mol. ou % vol.
Un tel mélange est « inflammable » ou « explosif »
)kJH(N15,08 3H3CO 2 22 1 6 9 2 OAir)(19,08
53
Cas des gaz et vapeurs
Si, à un mélange stoechiométrique air-acétone, on ajoute un excès d ’air, l ’excès d ’air diminue la température de la flamme
Pour une valeur limite de l ’excès d ’air, la flamme est trop refroidie et ne peut plus se propager : la Limite Inférieure d ’Explosivité (LIE) est atteinte
Cette valeur vaut LIE = 2,6 % vol. (soit près de 1/2 Cst)
54
Cas des gaz et vapeurs
Il existe également une limite supérieure d ’explosivité (LSE)
Le domaine de concentration entre LIE et LSE est le domaine d ’explosivité
55
Cas des gaz et vapeurs
Quelques valeurs de LIE et LE dans l ’air
Combustible LIE (% vol.) LSE (% vol.) Hydrogène 4 75
Ethylène 2,7 36
Propane 2,2 9,5
Méthane 5 15
Acétone 2,6 12,8
Oxyde d’éthylène 3 100
56
Cas des gaz et vapeurs
Interaction température/limites d ’explosivité :– une augmentation de la température diminue la LIE
et accroît la LSE– Pour les liquides inflammables, on a recours à la
notion de Température Limite Inférieure d ’Explosivité (TLIE), dont la valeur est inférieure au point d ’éclair
– Pour les températures les plus élevées, le phénomène d ’auto-inflammation se produit et on introduit la température d ’auto-inflammation (TAI)
57Teneur en combustible
Courbe d'équilibre liquide-vapeur
TLSE
TLIE
LIE LSEStoechio.
Domaine des auto-inflammations
TAI
Pt d'éclair
Droites de variation des LIE et LSEen fonction de la température
LIET1 LSET1T1
Intervalled'inflammabilité à T1
Température
M
58
Cas des gaz et vapeurs
L ’énergie d ’inflammation est minimale (EMI) pour une composition voisine de la stoechiométrie,
Elle varie selon les produits, mais elle est toujours inférieure à 1 mJ
59
Cas des gaz et vapeurs
Au cours de l ’explosion d ’une ATEX gazeuse en milieu confiné, la pression dans le confinement varie selon la courbe p(t) ci-après,
Deux valeurs sont remarquables :– la pression maximale d ’explosion Pex,– la vitesse maximale de montée en pression
(dp/dt)ex
60
(tex,Pex)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 100 200 300 400 500 600 700
t (m s )
P (b a r )
Courbe pression-temps, obtenue au cours de l’explosion d’un mélange air-CH4, à 10 % vol de CH4, enflammé au centre d’un récipient sphérique de 2 m3
tg = (dp/dt)ex
61
Cas des gaz et vapeurs
De même, sur l ’étendue du domaine d ’explosivité, la courbe de variation de (dp/dt)ex=f(c) présente également un maximum, soit (dp/dt)max
on définit la grandeur KG = (dp/dt)max . V1/3, où V est le volume du récipient d ’essai
réputée indépendante de V, KG croît avec V
62
Cas des poussières combustibles
Par rapport aux gaz et vapeurs, certaines caractéristiques d ’inflammabilité et d ’explosivité sont particulières aux poussières combustibles
granulométrie : une poussière ne peut former une ATEX que si sa granulométrie moyenne est suffisamment fine (300 m au plus)
LIE : elle dépend de l ’énergie d ’inflammation et vaut quelques dizaines de g/m3
63
Cas des poussières combustibles
EMI : elle est comprise entre 10 mJ et 10 J selon les produits (pour les valeurs les plus faibles, l ’inflammation par électricité statique est possible),
Teneur limite en oxygène (LOC) : comme pour les gaz et liquides hydrocarbonés, elle vaut 10% avec N2 comme gaz inerte (voir inertage), mais elle est plus faible pour les poussières métalliques
64
Comme pour les gaz, la valeur de Pmax est un peu inférieure à 10 bar,
De même, on définit : Kst = (dp/dt)max . V1/3
Selon la valeur de Kst, on définit la classe de la poussière : 0 < Kst < 200 Classe St1
200 < Kst < 300 Classe St2
300 < Kst Classe St3
Cas des poussières combustibles
65
Comme pour les gaz, on définit la TAI d ’un nuage de poussières,
On définit également la TAI d ’une couche de poussière ; elle est d ’autant plus faible que l ’épaisseur de la couche est grande et toujours inférieure à la TAI de la poussière en nuage
Cas des poussières combustibles
66
La prévention des explosions d ’ATEX
La prévention des explosions d ’ATEX consiste à supprimer l ’une des conditions nécessaires à l ’occurrence d ’une explosion :– présence du combustible,– présence du comburant,– proportions comburant/combustible appartenant au
domaine d ’explosivité– présence d ’une source d‘ inflammation.
67
La prévention des explosions d ’ATEX
La suppression totale du combustible est la solution idéale
Pour un liquide inflammable, il suffit de le mettre en œuvre à une température inférieure à sa TLIE
68
La prévention des explosions d ’ATEX
La suppression du combustible peut aussi s ’opérer par une dilution suffisante à l ’air
le principe est utilisé dans les tunnels de séchage des peintures et vernis :– la quantité des solvants à évaporer peut être
évaluée– le débit de ventilation du tunnel est calculé d ’après
cette quantité, de façon à rester en-dessous de 25% de la LIE
69
L ’inertage
La suppression du comburant est une méthode courante : c ’est l’inertage,
Il consiste à limiter la teneur d ’une atmosphère en comburant, en utilisant un gaz inerte,
Les gaz inertes sont impropres à la combustion,
Ils ne donnent lieu à aucune réaction ; ils sont portés à la température de la flamme et plus ils sont abondants, plus la flamme est refroidie,
70
L ’inertage Les gaz inertes sont :
– l ’azote,– les gaz résultant d ’une combustion (gaz
carbonique, vapeur d ’eau…),– les gaz rares de l ’air.
Les conditions de teneur en oxygène permettant de garantir l ’inertage d ’une atmosphère s ’obtiennnent à partir du diagramme triangulaire du système combustible/air/inerte
71
Diagramme ternaire d’explosivité
100 % Air
100 % Combustible
100 % Inerte
LIE
LSE
A
C
72
L ’inertage Avec l ’azote comme inerte, la teneur limite en
oxygène (LOC) vaut environ 10 % pour les hydrocarbures,
CO2 est un inerte un peu plus efficace que l ’azote puisque la LOC vaut environ 12 %,
Pour être un moyen de prévention efficace, l ’inertage demande à être pratiqué selon des procédures et dans des conditions de maintenance des équipements très strictes
73
La prévention des explosions d ’ATEX
La suppression de toutes les sources d ’inflammation actives permet d ’empêcher les explosions d ’ATEX
La mise en œuvre de ce principe consiste à n ’installer en zone dangereuse que des matériels électriques et non-électriques de catégorie conforme à l ’arrêté 96-1010
La prévention des décharges électrostatiques demeure cependant difficile, d ’autant qu ’ elle
peut mettre en cause les opérateurs
74
La protection contre les effets des explosions d ’ATEX
Il existe différents moyens de protection contre les effets des explosions– matériel résistant à la surpression (Pex)– protection par évent d ’explosion– protection par suppresseur d ’explosion– dispositifs d ’isolement :
» arrête-flamme » vannes d ’isolement» écluse rotative
» déflecteur d ’explosion
75
Confinement résistant à la surpression
Le confinement doit être capable de résister à la pression maximale Pex développée par l ’explosion
Ceci suppose de savoir évaluer précisément Pex
Ce principe ne peut convenir que pour des confinements de faible volume
76
Protection par évent d ’explosion
Le principe consiste à limiter la pression développée dans un confinement par une explosion, en déchargeant une partie des gaz d ’explosion à travers un orifice (évent)
La pression résiduelle Pred ne doit pas dépasser la pression maximale admissible dans le confinement
77
Protection par évent d ’explosion
La surface d ’évent nécessaire est une fonction des paramètres suivants :– le volume du confinement V, – la pression d ’ouverture de l ’évent Pstat,– la valeur de Pred– les caractéristiques d ’explosivité de l ’ATEX
En cas d ’explosion, des effets mécaniques et thermiques sont produits à proximité de l ’évent
78
Protection par évent d ’explosion
Il faut donc choisir l ’emplacement du ou des évents de façon à éviter que les effets produits à l ’extérieur du confinement puissent entraîner des dégâts
Le prolongement d ’un évent par une canalisation déchargeant les gaz d ’explosion suffisamment loin des zones où le personnel d ’exploitation est présent (par exemple sur le toit d ’un bâtiment) est une pratique courante
79
Protection par évent d ’explosion
Il faut alors tenir compte du fait que la présence d ’une canalisation en prolongement d ’un évent diminue fortement l ’efficacité d ’un évent
Des abaques permettent de calculer la surface d ’évent nécessaire en fonction des différents paramètres du système
80
Protection par suppresseur d ’explosion
Un suppresseur d ’explosion est un système d ’extinction très rapide (opère en quelques dizaines de ms seulement)
Le déclenchement du système d ’extinction est actionné dès qu ’un système de détection associé (optique ou manométrique) repère l ’amorçage d ’une explosion
81
Protection par suppresseur d ’explosion
Le produit extincteur peut être de l ’eau pulvérisé ou un produit minéral inerte
Comme pour un évent d ’explosion, les caractéristiques d ’un suppresseur dépendent– du volume du confinement V, – de la pression de déclenchement du suppresseur,– de la pression maximale admissible dans le
confinement– des caractéristiques d ’explosivité de l ’ATEX
82
Les systèmes d ’isolement Un système d ’isolement permet d ’empêcher la
propagation de la flamme d ’une explosion Il est installé dans une canalisation qui relie
deux parties d ’une même installation on distingue différents systèmes d ’isolement :
– les arrête-flammes– les vannes d ’isolement– les écluses rotatives
83
Les arrête-flammes Un arrête-flamme (AF) permet d ’arrêter la
flamme se propageant dans une ATEX gazeuse contenue dans une canalisation
84
Les arrête-flammes Le principe de fonctionnement d ’un AF repose
sur le coincement des flammes et la hauteur du triangle élémentaire est liée à la valeur de l ’IEMS (interstice maximal expérimental de sécurité) de l ’ATEX considérée
On distingue :– les AF « en ligne » destinés à être installés dans
une canalisation– les AF « bout de ligne » destinés à être installés à
l ’extrémité d ’une canalisation– les AF anti-déflagration et anti-détonation
85
Les vannes d ’isolement
On distingue :– les vannes à fermeture rapide (systèmes à activer)– les vannes VENTEX (systèmes passifs)– les écluses rotatives (systèmes passifs)
86
Aspects méthodologiques
87
Une évaluation des risques conforme à la réglementation ATEX passe par les étapes suivantes :
– évaluer la probabilité de formation d ’une ATEX,– recenser toutes les sources d ’inflammation possibles des
ATEX formées,– évaluer la probabilité d ’ inflammation des ATEX formées,– préciser l ’emplacement et le volume des ATEX formées,– évaluer les effets résultant d ’une inflammation de ces
ATEX,– évaluer, parmi ces effets, ceux qui sont nocifs pour les
travailleurs
Méthode d’évaluation des risques
88
Dans chacune des étapes précédentes, il faut prendre en compte :
– les produits combustibles susceptibles de former des ATEX (gaz, vapeur, poussière),
– les conditions de formation des ATEX (fonctionnement normal ou anormal des installations),
– les phénomènes physiques à l’origine de la formation des ATEX
Méthode d’évaluation des risques
89
Le caractère combustible des gaz ou liquides mis en œuvre est souvent connu
Le caractère combustible des solides pulvérulents mis en œuvre peut être établi à partir d ’essais simples (voir aspects phénoménologiques)
Caractéristiques des produits mis en œuvre
90
Conditions de formation des ATEX à considérer– en matière de dysfonctionnement, les
situations à prendre en compte ne correspondent pas a priori aux scénarios majorants de l ’étude des dangers (exemple d ’une fuite de gaz ou de liquide résultant de la rupture guillotine du plus gros piquage)
– ces situations doivent au contraire être plausibles et tenir compte du vécu de l ’exploitant
Méthode d’évaluation des risques
91
Ce n ’est pas parce qu ’un accident ne s ’est jamais produit qu ’il ne se produira jamais
A contrario, le fait qu ’un accident ne se soit jamais produit sur un site donné, au cours de la mise en œuvre de produits donnés, dans des conditions données et sur une durée d ’exploitation importante renseigne sur le caractère improbable de cet accident
Méthode d’évaluation des risques
92
C ’est pourquoi il est utile de prendre en compte l ’accidentologie relative à l ’installation considérée ou, à défaut, à des installations comparables
Il convient donc de tirer parti du retour d’expérience des incidents ou presqu ’accidents ayant mis en cause l ’explosion d ’une ATEX et que l ’exploitant a vécus au cours de l ’exploitation de ses installations,
Méthode d’évaluation des risques
93
Chaque cas doit être analysé afin– d ’identifier le phénomène, normal ou anormal à
l ’origine de la formation d ’une ATEX, à proximité ou à l ’intérieur de tel élément de l ’installation,
– de préciser l ’emplacement de l ’ATEX formée et d ’estimer son volume,
– d ’identifier, en cas d ’inflammation, la source qui est à l ’origine de cette inflammation,
– d ’évaluer les effets produits et éventuellement subis par des travailleurs présents à proximité.
Méthode d’évaluation des risques
94
une ATEX est présente normalement dans le ciel d’un récipient sous air contenant un liquide inflammable dont le point d’éclair est inférieur à la température ambiante (zone 0)
une ATEX se forme occasionnellement, en fonctionnement normal, à chaque ouverture de l ’évent de respiration de ce récipient (a priori zone 1)
Exemples de formation d’une ATEX
95
une ATEX se forme dans l ’air ambiant, à proximité d ’une flaque d ’un liquide à point d ’éclair inférieur à l ’ambiante qui serait répandu accidentellement (zone 2)
une ATEX se forme dans l ’air ambiant à proximité d ’une canalisation sous pression d ’un gaz inflammable qui présente une fuite (dysfonctionnement créant une zone 2)
Exemples de formation d’une ATEX
96
Une ATEX peut se former lorsqu ’un dépôt de poussière inflammable se trouve mis en suspension
Un volume important d ’ATEX peut être formé à partir d ’un dépôt de très faible épaisseur (un dépôt uniforme de moins de 1 millimètre réparti sur 1m2 peut former 1 m3 d ’ATEX)
Exemples de formation d’une ATEX
97
Il suffit d ’évaluer la probabilité de formation d ’une ATEX de façon qualitative seulement
La définition des zones introduit un critère de fréquence et donc de probabilité d ’occurrence des ATEX présentes dans chaque zone :
(fréquence)zone 0 ou 20 > (fréquence)zone 1 ou 21
(fréquence)zone 1 ou 21 > (fréquence)zone 2 ou 22
Probabilité de formation d’une ATEX
98
La probabilité d ’inflammation d ’une ATEX est liée à la probabilité d ’occurrence d ’une source d ’inflammation active dans cette ATEX
Les sources d ’inflammation susceptibles d ’être actives sont de nature variée (voir phénoménologie)
Probabilité d ’inflammation des ATEX formées
99
La probabilité d ’occurrence d ’une source d ’inflammation active s ’évalue– selon les caractéristiques du produit combustible
constitutif de l ’ATEX– en fonction de l ’expérience tirée de cas
d ’inflammation connus par des sources identifiées– une évaluation qualitative est suffisante dans la
plupart des cas
Probabilité d ’inflammation des ATEX formées
100
Une flamme nue (briquet, chalumeau, brûleur), de même qu ’une étincelle électrique produite par un matériel non protégé (contacteur, moteur…) sont toujours des sources d ’inflam-mation actives d ’une ATEX gaz ou poussière
La possibilité d ’inflammation d ’une ATEX par une surface chaude est liée à la valeur de la TAI du produit combustible constitutif de l’ATEX
Probabilité d ’inflammation des ATEX formées
101
La possibilité d ’inflammation d ’une ATEX par un phénomène électrostatique dépend de la valeur de l ’EMI du produit combustible constitutif de l ’ATEX, surtout si l ’ATEX contient un pulvérulent combustible,
Un phénomène électrostatique peut mettre en cause le procédé seul mais peut également impliquer un opérateur
Probabilité d ’inflammation des ATEX formées
102
Les effets de l ’explosion d ’une ATEX sont de deux natures distinctes (voir phénoménologie) :
– des effets thermiques liés à la production de gaz de combustion dans la flamme
– des effets mécaniques qui sont liés à l ’expansion des gaz de combustion et qui dépendent du degré de confinement de l ’ATEX
Évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX
103
Compléments sur les effets mécaniques– En milieu confiné, la pression augmente jusqu ’à
10bar au plus ou jusqu ’à la rupture du confinement (avec projection éventuelle de débris)
– Les effets mécaniques sont négligeables si l ’ATEX, est de volume limité et se trouve à l ’air libre
– En milieu encombré ou partiellement confiné, l ’explosion produit une onde de pression aérienne qui peut elle-même induire la projection de débris
Évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX
104
Effets thermiques et mécaniques des explosions sur les personnes :– une personne qui se trouverait dans le volume
occupé par les gaz de combustion (10 fois le volume de l ’ATEX initial) serait gravement brûlée mais serait indemne en-dehors de ce volume
– une personne exposée aux effets mécaniques d ’une explosion pourrait être renversée (si l ’onde aérienne a une pression de crête supérieure à 100mbar ou blessée par la projection de débris)
Évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX
105
Pour évaluer les effets de l ’explosion d ’une ATEX sur les travailleurs, il faut évaluer – l ’emplacement de l ’ATEX (relativement aux
travailleurs)– le volume de l ’ATEX (les effets de son explosion
sont d ’autant plus importants que ce volume est grand)
Évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX
106
Le volume et l ’emplacement de l ’ATEX formée en cas de fuite dans l ’air ambiant d ’une installation sous pression d ’un gaz inflammable peuvent être estimés à partir des paramètres suivants :– les caractéristiques du gaz,– la pression du gaz,– la section de fuite,– l ’environnement de la fuite
Volume et emplacement des ATEX formées
107
Le volume et l ’emplacement de l ’ATEX formée en cas d’épandage accidentel d ’un liquide inflammable peuvent être évalués précisément à partir des paramètres suivants :– la température du liquide,– des caractéristiques d ’inflammabilité du liquide
(LIE, LSE),– la surface de la flaque,– la vitesse de l ’air à la surface de la flaque
Volume et emplacement des ATEX formées
108
Le volume et l ’emplacement de l ’ATEX formée en milieu confiné par mise en suspension d ’un dépôt de poussière combustible sont difficiles à évaluer précisément, dès lors que l ’épaisseur du dépôt est importante
Ils dépendent de l ’importance du phénomène qui peut être à l ’origine de la mise en suspen-sion du dépôt
Volume et emplacement des ATEX formées
109
Avant la réglementation ATEX, il existait diffé-rents textes (réglementaires, normatifs…) qui imposaient/définissaient, selon les installations– les types de zone correspondants– l ’emplacement et les dimensions de chaque zone
ces textes sont principalement :– les arrêtés de 67, 72 et 75 pour les ATEX gazeuses– la norme NF 60079-10 pour les ATEX gazeuse – la norme EN 50281-3 pour les ATEX poussière
Volume et emplacement des ATEX formées
110
mais dans ces textes, les dimensions des zones sont définies de façon forfaitaire, sans tenir compte– des propriétés des produits mis en œuvre, de la
nature des procédés et des installations exploités,– des phénomènes physiques à l ’origine de la
formation des ATEX,– de l’étendue des conséquences de l ’explosion des
ATEX
Volume et emplacement des ATEX formées
111
Le code du travail ne reconnaît pas la notion de « risque acceptable »
Il faut donc remédier à toute situation où il existe un risque d ’explosion d ’une ATEX, pour laquelle un travailleur se trouve exposé à un risque de blessure, même légère
Évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX
!
112
L ’évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX peut démontrer la nécessité de prendre telle ou telle mesure de prévention/protection
Une nouvelle démarche d ’évaluation des risques doit alors être effectuée en supposant que cette mesure est appliquée
Cette nouvelle démarche peut conduire à revoir le classement de zone initial
Évaluation des effets de l ’explosion d ’une ATEX
113
Cas d ’un filtre à manches
Exemples d ’application
114
Un ensemble de dépoussiérage par filtre à manches est destiné– à la captation d ’air empoussiéré,– à la filtration de l ’air empoussiéré au moyen d ’un
filtre à manches, éventuellement précédé d ’un cyclone,
– au recueil de la poussière retenue sur les manches,– au rejet atmosphérique de l ’air dépoussiéré,
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
115
Un ensemble comporte les éléments suivants :– un réseau de canalisations d ’aspiration,
éventuellement précédé d ’un cyclone,– un caisson contenant les manches qui séparent la
partie air empoussiéré de la partie air dépoussiéré,– un système de décolmatage des manches,– une trémie pour le recueil gravitaire de la poussière,– un ventilateur d ’aspiration, installé côté air
dépoussiéré,
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
116
Réseau de canalisation véhiculant l’air
empoussiéré jusqu’au filtre
Air dépoussiéré
Ventilateur d’aspiration
Manches
Vanne écluse
trémie
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Côté air empoussiéré
Côté air dépoussiéré
117
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Comment appliquer la réglementation ATEX à cette installation (si poussière combustible) ?– quelles sont les possibilités de formation d ’une
ATEX dans chaque partie de l ’installation, en fonctionnement normal ou anormal ?
– quel classement de zones proposer ?– quel sont les possibilités d ’inflammation des ATEX
formées ? – quels sont les effets prévisibles d ’une explosion ?
118
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Possibilités de formation d ’une ATEX
– selon l ’empoussièrement, l ’air empoussiéré peut constituer une ATEX
– une ATEX se forme dans le filtre lors du décolmatage,
– si une manche est détériorée ou démanchée, une ATEX peut se former côté air dépoussiéré
119
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Classement en zones
– le côté air empoussiéré est à classer en zone 20 ou 21, au moins dans le filtre
– l ’intérieur du réseau de canalisation véhiculant l ’air empoussiéré jusqu ’au filtre est peut-être également à classer en zone 20 ou 21
– le côté air dépoussiéré est à classer en zone 22
120
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Possibilités d ’inflammation des ATEX formées– il existe plusieurs causes possibles d ’inflammation
des ATEX présentes dans les différentes parties (source d ’origine électrostatique si la poussière est isolante, ventilateur d ’aspiration…)
121
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Effets prévisibles de l ’explosion d ’une ATEX– en cas d ’inflammation d ’une ATEX présente dans
le filtre, il se produira une explosion en milieu confiné qui développera une surpression suffisante pour détruire le caisson du filtre
– un travailleur présent à proximité peut être blessé par les effets , mécaniques ou thermiques, de l ’explosion
– il est donc indispensable de prendre des mesures de prévention ou de protection
122
Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Mesures de prévention– il n ’est pas possible de prévenir la présence d ’une
ATEX dans le filtre– il n ’est pas non plus possible de garantir l ’absence
d ’une source d ’inflammation de l ’ATEX formée dans le filtre
– Aucune mesure de prévention d ’un explosion n ’est donc appropriée
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Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Mesures de protection– le filtre peut être protégé par évent d ’explosion,– si la canalisation d ’aspiration contient une ATEX, il
faut également empêcher l ’explosion de s ’y propager, en installant un système d ’isolement (vanne à fermeture rapide,…) en amont du filtre
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Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Protection du filtre par évent d ’explosion– le dimensionnement du ou des évents doit tenir
compte» de l ’explosivité de la poussière,» du volume du filtre,» de la pression maximale admissible dans le filtre,» de la pression d ’ouverture de l ’évent
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Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Protection du filtre par évent d ’explosion– l ’implantation du ou des évents doit être choisie de
façon telle que le jet des gaz de combustion sortant de l ’évent ne produise pas de blessures aux travailleurs,
– il faut prendre en compte le risque d ’une explosion secondaire si l ’évent décharge les gaz d ’explosion dans un bâtiment empoussiéré,
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Exemples d ’application Cas d ’un filtre à manches
Protection du filtre par évent d ’explosion– une solution consiste à prolonger l ’évent par une
canalisation de décharge vers l ’extérieur,– il faut alors tenir compte de la diminution
d ’efficacité de l ’évent, du fait de la présence de cette canalisation