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Caractéristiques des explosions de poussières

Description et paramètres clés d’une explosion de nuage de poudre

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Résumé de la section
1. Profil de pression d’une explosion de poussière
2. Pression maximale d’explosion (Pmax)
3. Taux maximal d’augmentation de pression (Kst)
4. Risques d’explosion secondaire
5. Valeurs de Pmax et Kst pour des poussières courantes
6. Importance de la connaissance des caractéristiques d’explosion des poussières pour l’analyse des risques

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1. Profil de pression d’une explosion de poussière

Que se passe-t-il lors d’une explosion de nuage de poussière ?

Une explosion de poussière, lorsqu’un nuage de poussière est enflammé dans un espace confiné, génère une augmentation de pression qui atteint rapidement une pression maximale, suivie d’une lente décompression.

Le profil de pression dépendra du matériau générant l’explosion.

Il est nécessaire de connaître les caractéristiques d’explosion d’un matériau spécifique afin de protéger le procédé, notamment par l’intermédiaire de systèmes de décharge de pression ou de systèmes de suppression.

2. Pression maximale d’explosion (Pmax)_max

Quelle est la valeur de P_max d’une poussière ?

La pression maximale enregistrée lors d’une explosion de poudre est appelée P_max.

3. Taux maximal d’augmentation de pression, constante Kst

Quelle est la valeur Kst d’une poussière ?

Mesurer la rapidité de l’augmentation de pression lors d’une explosion de poussière est crucial pour concevoir correctement les mesures de protection comme les panneaux de décharge ou les systèmes de suppression, qui doivent agir avant que la pression n’atteigne des niveaux insoutenables.

Le taux d’augmentation de pression est généralement représenté par une constante Kst, spécifique à chaque matériau, et qui peut être mesurée expérimentalement en provoquant l’explosion de poudre dans des enceintes résistantes à la pression et instrumentées. Le taux maximal d’augmentation de pression peut être déterminé sur le graphique pression en fonction du temps (voir ci-dessus), puis Kst calculé en connaissant le volume V de l’enceinte d’essai :

(dP/dt)_max = Kst.V^-0,33 [Laurent]

Kst s’exprime en bar.m/s

Selon la valeur de Kst, les poudres peuvent être classées en catégories :

St1 : 0 < Kst < 200

St2 : 200 < Kst < 300

St3 : Kst > 300

4. Risques d’explosion secondaire

Il faut garder à l’esprit qu’une première explosion peut en déclencher d’autres. En effet, l’onde de choc et les particules brûlantes peuvent se propager via les canalisations vers un autre équipement de procédé, comme un silo, et y déclencher une explosion. C’est par ce mécanisme que certains silos à grains ont été entièrement détruits.

De plus, l’onde de choc peut remettre en suspension des couches de poussière déposées sur les sols ou les équipements dans une zone de production mal entretenue et ainsi déclencher une autre explosion susceptible d’endommager le bâtiment.

P_max et Kst des poussières courantes

Vous trouverez ci-dessous des données de P_max et Kst issues de la littérature. ATTENTION : ces valeurs sont générales et fournies sans garantie. Une évaluation des risques et une conception DOIVENT TOUJOURS se référer à la **FDS** (Fiche de Données de Sécurité) du produit **RÉEL** utilisé, ainsi qu’à des essais réalisés spécifiquement sur le **matériau RÉEL** par un institut reconnu.

La détermination de ces valeurs est complexe ; une plage peut donc être indiquée lorsque différents résultats de recherche ont été rapportés. Comme les résultats publiés peuvent avoir été obtenus selon des protocoles différents, pas toujours précisés, cela renforce la prudence nécessaire lors de l’utilisation de ces valeurs. Consultez toujours les références indiquées entre crochets pour plus de précisions.

Tableau 1 : P_max et Kst de matériaux courants

6. Importance de la connaissance des caractéristiques d'explosion des poussières pour l'analyse des risques

Dans de nombreux pays, et particulièrement aux États-Unis et en Europe, l'exploitant de l'**usine** doit réaliser une analyse des risques évaluant les dangers d'**explosion de poussières** ainsi que les conséquences potentielles d'une telle explosion. Aux États-Unis, cette **Analyse des Risques d'Explosion de Poussières** (*Dust Hazard Analysis*) est régie par la norme **NFPA 652**, tandis qu'en Europe, c'est la directive **ATEX** qui définit les modalités de réalisation de cette analyse.

La détermination des **caractéristiques d'explosivité des poussières** pour tous les matériaux présents dans l'**installation** constitue une donnée clé pour cette évaluation des risques. Ces caractéristiques sont également essentielles pour vérifier l'efficacité des **mesures de protection existantes** (évents de décompression, systèmes de suppression, etc.) et pour concevoir de nouvelles solutions.

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Sources
# [Laurent] Sécurité des procédés chimiques, André Laurent, Tec et Doc, 2003, page 233
# [Mills] Guide de conception du transport pneumatique, David Mills, Butterworth Heinemann, 2004, page 577
# [Rhodes] Principes de la technologie des poudres, Martin Rhodes *et al.*, John Wiley and Sons, 1990, page 307