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1 Chapitre 1 /CARACTERISATION DU RISQUE DE FORMATION ET D’INFLAMMATION D’ATEX A

1 Chapitre 1 /CARACTERISATION DU RISQUE DE FORMATION ET D’INFLAMMATION D’ATEX ASSOCIE A LA MISE EN ŒUVRE DE PRODUITS COMBUSTIBLES I. GENERALITES RELATIVES AUX ESSAIS DESTINES A EVALUER ET A MAITRISER LE RISQUE D’EXPLOSION D’ATEX : De façon générale, les essais de caractérisation du risque d’explosion d’ATEX associé aux produits peuvent être classés en trois groupes. En premier lieu, il est nécessaire d’évaluer l’aptitude du produit à générer des ATEX dans des conditions de pré-mélange avec l’air. En second lieu, il convient de caractériser la sensibilité à l’inflammation du produit afin d’identifier les sources d’inflammation potentiellement actives. Enfin, il y a lieu de caractériser la sévérité de l’explosion. Les différentes caractéristiques correspondantes sont successivement évoquées dans les paragraphes ci-dessous. I. 1.1/APTITUDE A FORMER DES ATEX : Pour qu’un produit combustible donne lieu à une explosion, sa concentration doit se situer dans le domaine d’explosivité, défini par les limites inférieure (LIE) et supérieure (LSE) d’explosivité dans l’air. Dans le cas des poussières et des poudres, il est admis que les explosions intéressent les fines particules de poussière, de granulométrie inférieure à 300 à 500 m. Les poussières doivent être à l’état de suspension en nuage,  ce qui accroît le degré de combustibilité du fait d’une meilleure réaction des particules avec le comburant. Dans le cas de ces produits pulvérulents, seule la limite inférieure d’explosivité (ou concentration minimale explosive) est prise en compte, la connaissance de la limite supérieure d’explosivité, de l’ordre de plusieurs kg/m3, étant sans intérêt. En général, la limite inférieure d’explosivité des poussières est de l’ordre de quelques dizaines de g/m3. Elle est déterminée expérimentalement en sphère de 20 L (cf. Fig. 8), suivant la norme NF EN 14034-3 [21]. De nombreux facteurs, discutés dans la référence [22], ont une influence sur l’aptitude des poussières et des poudres à former des ATEX, tels que leur répartition granulométrique, leur taux d’humidité, leur état de surface ou encore la formation d’un mélange hybride, lorsqu’un gaz ou une vapeur inflammable sont mélangés à la poussière. L’aptitude des produits pulvérulents à former des ATEX peut également être évaluée expérimentalement dans un tube de Hartmann (cf. Fig. 8), dans lequel la suspension de poussière obtenue par dispersion pneumatique peut être enflammée par un train d’étincelles électrique ou l’énergie thermique dissipée par une bobine traversée par un courant électrique. Cette méthode n’est toutefois pas encore normalisée et des discussions sont en cours dans le groupe de normalisation européen chargé des essais d’inflammabilité et d’explosivité sous l’égide du CEN. Il s’agit de définir des modes opératoires et des équipements d’essai destinés à statuer sur l’aptitude d’une poussière ou d’une poudre à former des ATEX lorsqu’elle est mise en suspension dans l’air. Figure 8 : Schéma de la sphère de 20 L (source NF EN 14034-3 [21]) et du tube de Hartmann (source INERIS), destinés à la caractérisation de l’aptituded’un produit pulvérulent à former des ATEX Dans le cas des gaz et des vapeurs, la détermination expérimentale de LIE et la LSE est décrite dans la norme NF EN 1839 [23]. Ces valeurs sont le plus souvent déterminées au moyen de la méthode de la bombe (cf. Fig. 9), qui consiste à suivre l’évolution de la pression dans un récipient fermé contenant un mélange de gaz ou de vapeur et d’air, après l’application d’une source d’inflammation électrique, constituée d’un fil fusible ou d’un train d’étincelles. La méthode d’essai alternative du tube (cf. Fig. 9) a été développée récemment à l’INERIS [24]. 4 / 160 Il s’agit d’observer un détachement de flamme dans un tube translucide contenant un mélange de gaz ou de vapeur et d’air, après le déclenchement d’un train d’étincelles électriques générés par un transformateur caractérisé par une tension voisine de 15 kV, avec un courant de court-circuit de 20 à 30 mA. Le temps de décharge est en général fixé à 0,2 s. Figure 9 : Schéma de principe du tube (source : NF EN 1839 [23]) et vue d’une enceinte (photo INERIS), mis en œuvre pour la détermination expérimentale des limites d’explosivité des gaz et vapeurs respectivement en tube et en bombe 5 / 160 Dans le cas des liquides, l’explosivité du mélange gazeux est influencée essentiellement par la température, comme le montre la figure 10 ci- dessous. Celle-ci fait apparaître le point représentatif de la TLIE, par rapport à la position du point d’éclair. Ces deux caractéristiques sont discutées ci-dessous. Figure 10 : Représentation graphique de l'influence de la température sur l'explosivité du mélange gazeux à la surface d'un liquide inflammable (source [29]) Le point d’éclair d’un liquide est la température la plus basse à laquelle un liquide émet des vapeurs inflammables en quantité suffisante pour que celles-ci puissent être enflammées dans l’air par une flamme présentée au dessus de la surface du liquide. Le point d’éclair d’un liquide est déterminé en chauffant le vase contenant le produit soumis à essai sous agitation continue et en présentant à intervalles réguliers une flamme à la surface du liquide. Le récipient d’essai peut être ouvert ou fermé. Le point d’éclair est alors mesuré respectivement en « vase ouvert » ou en « vase clos ». La détermination expérimentale du point d’éclair est décrite dans de nombreuses normes nationales et internationales, au moyen de différents dispositifs expérimentaux, comme par exemple l’appareil de Pensky- Martens avec la norme ISO 2719 [25], l’appareil d’Abel avec la norme ISO 13763 [26], ou des méthodes à l’équilibre telles que celles décrites dans les normes ISO 1523 [27] et ISO 3679 [28]. 8 / 160 Ces méthodes diffèrent par leurs domaines de validité et par les conditions expérimentales spécifiées. La valeur du point d’éclair est un paramètre déterminant pour la classification des liquides inflammables, au sens du règlement européen CLP ainsi que de la réglementation relative au transport de marchandises dangereuses. Pour autant, il convient de noter que le point d’éclair n’est pas suffisant pour évaluer le risque associé à la mise en œuvre d’un liquide inflammable en situation d’équilibre liquide-vapeur. En effet, dans un récipient fermé, un équilibre liquide-vapeur s'établit et l'atmosphère contenue dans le récipient est constituée d'un mélange de vapeur et d'air, homogène dans tout le ciel du récipient, et dont la concentration en vapeur Cv (exprimée indifféremment en % volume ou en % molaire) est égale à : Cv = 100 x Psat(T) / Patm où Patm est la pression atmosphérique et Psat(T) est la pression de vapeur saturante à la température T. L’atmosphère constituée d’un mélange air-vapeur est une atmosphère explosive si la concentration en vapeur Cv appartient au domaine d’explosivité, délimité par la LIE et la LSE de la vapeur dans l’air. La « température limite à la LIE (TLIE) » encore appelée « point inférieur d’explosion » d'un liquide est la température à laquelle les vapeurs émises par le liquide et en équilibre thermodynamique avec lui forment, lorsqu'elles sont mélangées avec l'air sous la pression atmosphérique, une atmosphère explosive dont la composition est celle d'un mélange à la limite inférieure d'explosivité (LIE), d’où l’équation suivante : LIE = 100 x Psat (TLIE) / Patm Le point inférieur d’explosion est inférieur de seulement quelques K au point d’éclair dans le cas des liquides purs. Cette différence peut atteindre une à trois dizaines de K dans le cas de mélanges de liquides de volatilités 9 / 160 différentes, comme c’est le cas des solutions aqueuses de liquides inflammables. Cet écart est lié aux conditions opératoires de mesure du point d’éclair, quelle que soit la norme appliquée. En effet, même dans le cas des déterminations en vase clos, les conditions de l’équilibre liquide-vapeur ne peuvent pas être satisfaites au moment de la présentation de la flamme pilote à la surface du liquide. Pour ces mêmes raisons, la valeur du point d’éclair en vase clos est inférieure à celle du point d’éclair en vase ouvert. Le point d’éclair en vase clos est préféré au point inférieur d’explosion pour la classification de l’inflammabilité des liquides du fait de la facilité de mise en œuvre de cette mesure. Les températures à la LIE et à la LSE sont déterminées expérimentalement dans un tube tel que celui présenté sur la figure 11 ci-dessous. Ce dispositif expérimental a été développé récemment à l’INERIS [30]. Il permet d’appliquer la norme NF EN 15794 [31]. Figure 11 : Vue d’un tube destiné à la mesure des températures à la LIE et à la LSE (photo INERIS) Enfin, la détermination expérimentale de la concentration limite en oxygène (CLO) permet d’établit le diagramme ternaire d’explosivité d’un produit. Cette caractéristique est déterminée en sphère de 20 L pour les produits pulvérulents, au moyen de la méthode définie dans la norme NF EN 14034- 4 [32] et en bombe pour les gaz et les vapeurs, avec la méthode décrite dans la norme NF EN 14756 [33]. La connaissance de la CLO permet par exemple d’évaluer l’efficacité d’un système d’inertage. Cette caractéristique dépend du combustible et de la nature de l’inerte. A titre d’exemple, la figure 12 ci-dessous reproduit un diagramme ternaire déterminé expérimentalement par le PTB (Physikalisch-Technische uploads/Industriel/ chapitre-1-caracterisation-du-risque-de-formation-et-d-x27-inflammation-d-x27-atex-associe-a-la-mise-en-oeuvre-de-produits-combustibles.pdf