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Méthodes pour l’évaluation et la prévention des risques accidentels (DRA 35 - r

Méthodes pour l’évaluation et la prévention des risques accidentels (DRA 35 - rapport Ω Ω Ω Ω 11) Connaissance des phénomènes d’auto- échauffement des solides combustibles RAPPORT D’ÉTUDE 01/02/2005 N° DRA – 2005 - 46055 Réf. : INERIS – DRA – 46055 – autoechauffement.doc Le présent document forme un ensemble indissociable. Il ne peut être utilisé que de manière intégrale. page 2 sur 93 Méthode pour l’évaluation et la prévention des risques accidentels (DRA 35 - rapport Ω Ω Ω Ω 11) Connaissance des phénomènes d’auto-échauffement des solides combustibles INERIS Client (ministère, industriel, collectivités locales) : Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable (MEDD) Liste des personnes ayant participé à l’étude : S. EVANNO, J.P. PINEAU, J. CHAINEAUX, R. LODEL, D. CARSON Réf. : INERIS – DRA – 46055 – autoechauffement.doc Le présent document forme un ensemble indissociable. Il ne peut être utilisé que de manière intégrale. page 3 sur 93 PREAMBULE Le présent rapport a été établi sur la base des informations fournies à l'INERIS, des données (scientifiques ou techniques) disponibles et objectives et de la réglementation en vigueur. La responsabilité de l'INERIS ne pourra être engagée si les informations qui lui ont été communiquées sont incomplètes ou erronées. Les avis, recommandations, préconisations ou équivalent qui seraient portés par l'INERIS dans le cadre des prestations qui lui sont confiées, peuvent aider à la prise de décision. Etant donné la mission qui incombe à l'INERIS de par son décret de création, l'INERIS n'intervient pas dans la prise de décision proprement dite. La responsabilité de l'INERIS ne peut donc se substituer à celle du décideur. Le destinataire utilisera les résultats inclus dans le présent rapport intégralement ou sinon de manière objective. Son utilisation sous forme d'extraits ou de notes de synthèse sera faite sous la seule et entière responsabilité du destinataire. Il en est de même pour toute modification qui y serait apportée. L'INERIS dégage toute responsabilité pour chaque utilisation du rapport en dehors de la destination de la prestation. Révision Relecture Application Modifications PROJET Mars 2002 Avril 2002 Création du document Projet de rapport envoyé au MATE en Avril 2002 FINAL Février 2005 Février 2005 Validation du rapport final par le MEDD Rédaction Vérification Approbation NOM S. EVANNO D. GASTON B. FAUCHER Qualité Ingénieur Unité Gestion des crises et Retour d’Expérience Directeur Adjoint Direction des Risques Accidentels Directeur Direction des Risques Accidentels Visa Signé le 22/04/2002 Signé le 22/04/2002 Signé le 24/04/02 Réf. : INERIS – DRA – 46055 – autoechauffement.doc Le présent document forme un ensemble indissociable. Il ne peut être utilisé que de manière intégrale. page 4 sur 93 TABLE DES MATIÈRES 1. OBJECTIF ET DOMAINE D’APPLICATION ................................................... 7 1.1 Contexte général .......................................................................................... 7 1.2 Objectifs ....................................................................................................... 7 1.3 Domaine d’application .................................................................................. 7 1.4 Plan retenu................................................................................................... 8 2. ACCIDENTOLOGIE......................................................................................... 9 3. DESCRIPTION THEORIQUE DE L’AUTO-ECHAUFFEMENT ..................... 13 3.1 Introduction................................................................................................. 13 3.2 Modèles théoriques .................................................................................... 17 3.2.1 Modèle de SEMENOV ............................................................................. 19 3.2.1.1 Equation d’ARRHENIUS.................................................................... 19 3.2.1.2 Equation de NEWTON....................................................................... 20 3.2.1.3 Dimension et température critique..................................................... 20 3.2.2 Modèle de FRANCK-KAMENETSKII ....................................................... 22 3.2.2.1 Théorie de FRANCK-Kamenetskii..................................................... 22 3.2.2.2 Extrapolation du modèle de FRANCK-KAMENETSKII [9] .................. 25 3.2.3 Modèle de THOMAS................................................................................ 26 3.3 Paramètres influents sur l’auto-échauffement ............................................ 28 3.3.1 ASPECTS LIES AUX SOURCES DE CHALEUR .................................... 29 3.3.1.1 Présence de composés plus ou moins oxydables............................. 29 3.3.1.1.1 Introduction...................................................................................... 29 3.3.1.1.2 Oxydation des corps gras................................................................ 30 3.3.1.1.3 Classement des peroxydes ............................................................. 32 3.3.1.1.4 Catalyseurs d’oxydation .................................................................. 33 3.3.1.1.5 Inhibiteurs d’oxydation..................................................................... 34 3.3.1.2 Processus de fermentation................................................................ 34 3.3.1.2.1 Influence du processus de fermentation sur l’auto-échauffement ... 34 3.3.1.2.2 Influence de l’humidité sur le processus de fermentation................ 36 3.3.1.2.3 Exemples de cas de fermentation ................................................... 37 3.3.1.3 Condensation de vapeur d’eau.......................................................... 37 Réf. : INERIS – DRA – 46055 – autoechauffement.doc Le présent document forme un ensemble indissociable. Il ne peut être utilisé que de manière intégrale. page 5 sur 93 3.3.1.3.1 Influence de la fixation d’humidité ................................................... 37 3.3.1.3.2 Exemples de cas de reprise d’humidité........................................... 38 3.3.1.4 Synthèse ........................................................................................... 39 3.3.2 ASPECTS LIES AUX ECHANGES THERMIQUES ET MASSIQUES ..... 39 3.4 Synthèse .....................................................................................................40 4. METHODOLOGIE D’APPROCHE DES DANGERS LIES AUX PRODUITS SOLIDES COMBUSTIBLES...........................................................................41 4.1 Essais associés à la caractéristion de l’oxydation chimique........................44 4.1.1 Test ATD / ATG ....................................................................................... 44 4.1.1.1 Principe ............................................................................................. 44 4.1.1.2 Equipement ....................................................................................... 48 4.1.1.3 Exemple ............................................................................................ 48 4.1.2 Essais en étuve isotherme....................................................................... 52 4.1.2.1 Principe ............................................................................................. 52 4.1.2.2 Equipement ....................................................................................... 52 4.1.2.3 Exemple ............................................................................................ 53 4.2 Essais complémentaires .............................................................................57 4.2.1 Examen par calorimétrie adiabatique ...................................................... 57 4.2.1.1 Action de l’air sec sur les produits secs............................................. 59 4.2.1.2 Action de l’air humide sur les produits secs....................................... 63 4.2.2 Oxydation biologique ............................................................................... 65 4.2.3 Etuve isotherme en atmosphère appauvrie en O2 ................................... 69 4.3 Etude de cas ...............................................................................................71 4.3.1 Produit froid stocké dans une ambiance chaude ..................................... 72 4.3.1.1 Essais en laboratoire......................................................................... 72 4.3.1.2 Détermination des coefficients de la droite linéaire ........................... 72 4.3.1.3 Extrapolation au cas réel................................................................... 75 4.3.2 Produit chaud stocké dans une ambiance froide ..................................... 75 4.3.2.1 Essais en laboratoire......................................................................... 75 4.3.2.2 Détermination des coefficients de la droite linéaire ........................... 76 4.3.2.3 Extrapolation au cas réel................................................................... 78 5. MESURES DE PREVENTION ET DE PROTECTION ....................................81 5.1 Organisation du stockage sur parc ou sous hangar ....................................81 5.1.1 Recommandations spécifiques au stockage sur parc.............................. 82 5.1.2 Recommandations spécifiques au stockage sous hangar....................... 84 Réf. : INERIS – DRA – 46055 – autoechauffement.doc Le présent document forme un ensemble indissociable. Il ne peut être utilisé que de manière intégrale. page 6 sur 93 5.1.3 Organisation du stockage sous enceinte fermée ..................................... 84 5.1.4 Surveillance et détection des échauffements........................................... 86 5.1.4.1 Surveillance des stockages sur parc ou sous hangar........................ 86 5.1.4.2 Surveillance des stockages sous enceinte fermée............................ 87 5.2 Moyens de lutte en cas d’auto-échauffements ........................................... 89 5.2.1 Lutte contre un échauffement de stockage.............................................. 89 5.2.2 Lutte contre une combustion vive ............................................................ 90 6. CONCLUSION............................................................................................... 91 7. BIBLIOGRAPHIE........................................................................................... 93 8. LISTE DES ANNEXES .................................................................................. 95 Réf. : INERIS – DRA – 46055 – autoechauffement.doc Le présent document forme un ensemble indissociable. Il ne peut être utilisé que de manière intégrale. page 7 sur 93 1. OBJECTIF ET DOMAINE D’APPLICATION 1.1 CONTEXTE GENERAL Depuis l’année 2000, le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement finance un programme d’études et de recherches, intitulé « Recueil des méthodes utilisées à l’INERIS dans le domaine des risques accidentels » (DRA-006). L’objet de ce programme est de réaliser un recueil global formalisant l’expertise de l’INERIS dans le domaine des risques accidentels. Ce recueil sera constitué de différents rapports consacrés aux thèmes suivants : • les phénomènes physiques impliqués en situation accidentelle (incendie, explosion, BLEVE…) • l’analyse et la maîtrise des risques, • les aspects méthodologiques pour la réalisation de prestations réglementaires (étude de dangers, analyse critique..) Chacun de ces documents reçoit un identifiant propre du type « Ω-X » afin de faciliter le suivi des différentes versions éventuelles du document. In fine, ces documents décrivant les méthodes pour l’évaluation et la prévention des risques accidentels, constitueront un recueil des méthodes de travail de l’INERIS dans le domaine des risques accidentels. 1.2 OBJECTIFS L’objet du présent document est de présenter une synthèse de l’état des connaissances sur les risques liés aux phénomènes d’auto-échauffement pouvant affecter les dépôts de matériaux solides combustibles. L’objectif de ce document est : d’analyser les rôles que jouent certains facteurs sur l’auto-échauffement (chimique, biologique), notamment l’effet de masse, la température, la teneur en oxygène de l’atmosphère et de l’humidité des produits, de présenter une méthodologie générale d’évaluation des risques d’auto- échauffement liés à la manipulation des produits solides combustibles dans les procédés industriels, de proposer des mesures sur la détection et la prévention des risques liés au phénomène d’auto-échauffement. 1.3 DOMAINE D’APPLICATION Les opérations telles que le broyage, le séchage, le transport pneumatique et le stockage de matières solides combustibles sont pratiquées de manière fréquente dans les industries chimiques, agro-alimentaires, métallurgiques, etc… Ces opérations sont susceptibles de donner lieu à des incendies ou à des explosions Réf. : INERIS – DRA – 46055 – autoechauffement.doc Le présent document forme un ensemble indissociable. Il ne peut être utilisé que de manière intégrale. page 8 sur 93 dont les conséquences peuvent parfois s’avérer catastrophiques, comme le montre l’analyse des accidents passés. Il apparaît dès lors nécessaire de comprendre dans quelles conditions ces phénomènes peuvent survenir afin de prendre les meilleures mesures de prévention et de réduire au maximum la gravité des dommages. Dans le cadre de cette étude, nous nous sommes volontairement limités aux problèmes d’auto-échauffement de matières solides combustibles à l’état de dépôt. 1.4 PLAN RETENU Après cette brève définition des objectifs et du domaine d’application, nous adopterons la démarche suivante pour ce document : • chapitre 1 : Objectifs et champ d’application, • chapitre 2 : Accidentologie, • chapitre 3 : Description théorique de l’auto-échauffement, • chapitre 4 : Méthodologie d’approche des dangers liés aux produits solides combustibles, • chapitre 5 : Mesures de prévention et de protection, • chapitre 6 : Conclusion, • chapitre 7 : Bibliographie, • chapitre 8 : Liste des annexes. Réf. : INERIS – DRA uploads/Management/ omega-11-pdf.pdf