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Énergie Minimale d'Inflammation des poussières

Signification physique et utilisation de l'EMI dans l'évaluation des risques des poudres

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Résumé de la section
1. Définition de l'EMI
2. Détermination de l'EMI
3. Valeurs typiques de l'EMI
4. Utilisation dans l'évaluation des risques
5. EMI des poussières courantes

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1. Définition de l'EMI

Qu'est-ce que l'EMI d'une poudre ?

L'Énergie Minimale d'Inflammation (EMI) est un paramètre très important pour l'analyse des risques d'explosion de poussières, elle indiquera la facilité avec laquelle un nuage de poussière peut s'enflammer. L'EMI est égale à l'énergie minimale devant être apportée par une étincelle à un nuage de poussière d'une concentration donnée afin de l'enflammer suivant une procédure expérimentale spécifique [Laurent].

2. Détermination expérimentale de l'EMI

Comment mesurer l'Énergie Minimale d'Inflammation d'un nuage de poussière ?

L'EMI est mesurée expérimentalement. L'expérience consiste à mettre en suspension la poudre du matériau à tester sous forme de nuage qui présente une concentration comprise entre la concentration minimale d'explosion et la concentration maximale d'explosion (la détermination de cette concentration peut nécessiter des expériences supplémentaires), puis à tenter de l'enflammer. Il peut être nécessaire de standardiser la distribution granulométrique de la poudre avant le test [Glor] : avoir des particules de taille inférieure à 63 microns est mentionné dans la norme européenne et dans différentes publications scientifiques. Cela est important car l'EMI diminue avec la taille des particules et, même si le produit a une taille supérieure à 63 microns, les opérations de manutention des solides en vrac comme le transport pneumatique peuvent générer des poussières fines [Glor]. L'humidité, un facteur important dans les explosions de poussières, doit également être standardisée pour le test [EN13821].

Des étincelles sont ensuite créées grâce à des électrodes. Selon l'énergie impliquée, les étincelles peuvent ou non déclencher une explosion.

L'EMI est la plus petite énergie observée sur les électrodes qui déclenche une explosion de la poudre à la concentration testée. Des énergies plus faibles ne déclenchent pas d'explosion.

Pour être représentatives, de telles expériences doivent être réalisées par des instituts de test reconnus avec un protocole clair (exemple : ASTM E2019 aux États-Unis, IEC 1241-2-3 ou EN 13821 en Europe). La machine de test mentionnée dans la norme est également importante, car les valeurs peuvent légèrement varier d'un appareil à l'autre (MIKE 3 et tube de HARTMANN par exemple [Janes]). De nombreux paramètres peuvent influencer le résultat de la mesure de l'EMI, d'où la nécessité de s'adresser à des instituts professionnels.

Il convient également de noter que l'EMI peut être testée avec et sans inductance dans l'appareil de test [Janes]. Le test avec inductance est conservatif et devrait donner la valeur la plus faible possible de l'EMI. Cependant, si les conditions de procédé sont bien définies et que les risques concernent uniquement les étincelles d'électricité statique, il peut être intéressant de discuter avec l'institut de test afin de vérifier si l'EMI sans inductance serait plus pertinente. Si d'autres sources d'inflammation doivent être prises en compte ou si les conditions de procédé ne sont pas bien connues, les tests avec inductance offriront des marges de sécurité plus importantes.

3. Valeurs typiques de l'EMI

Quelles sont les valeurs d'EMI créant un risque significatif d'explosion de poussière ?

Les valeurs d'EMI varient généralement de 1 mJ à 1000 mJ [Janes]. Plus l'EMI est faible, plus le risque d'explosion est élevé, car une très faible énergie peut déclencher une explosion de nuage de poussière.

EMI < 3 mJ doit être traité avec des mesures spécifiques, la poussière est extrêmement sensible à l'inflammation. Certains fournisseurs d'équipements refusent même de gérer des projets avec une EMI aussi basse, car ils sont extrêmement sensibles même aux petites étincelles.

EMI ≥ 3 mJ nécessite une attention et des mesures particulières pour traiter la poudre en tenant compte de risques tels que l'électricité statique, les étincelles mécaniques, etc.

Chaque transformateur doit réaliser une analyse des risques d'explosion de poussière afin d'évaluer le risque lié à un matériau spécifique dans un procédé spécifique et de prendre les précautions et mesures d'atténuation nécessaires.

Quels sont les paramètres influençant l'EMI ?

La nature du matériau est bien sûr l'un des paramètres qui augmente ou diminue l'EMI ; certains matériaux sont simplement plus faciles à enflammer que d'autres et ont une EMI plus basse. L' humidité est également importante, tout comme la température. Enfin, un paramètre clé est en réalité la taille de la poudre. En effet, l'EMI varie selon le cube du diamètre de la poussière :

EMI = f(d^³)

Cela signifie que plus les particules sont petites, plus l'EMI est faible et plus la poussière sera sensible à une source d'inflammation. Cette dépendance est importante pour interpréter et comprendre les variations d'EMI qui peuvent survenir entre les tests d'un même matériau : en effet, les ingénieurs traitant des risques d'explosion ont probablement remarqué que différentes sources peuvent donner des EMI différentes pour un même matériau.

Cela est souvent dû à la taille des particules qui ont été testées. Les instituts de test essaieront de réduire la poudre à moins de 63 microns pour les tests, mais ils ne seront pas exactement à cette valeur et le diamètre moyen réel des particules de l'échantillon testé variera. Comme EMI = f(d^³) cela signifie que même de petites variations de taille de particule auront un fort impact sur l'EMI. Il est donc conseillé, lors de la réalisation de tests ou de la comparaison de tests, d'obtenir le d50 et le d90 réels de l'échantillon testé afin que les résultats puissent être correctement interprétés et que la bonne EMI soit sélectionnée.

4. Utilisation dans l'évaluation des risques

Comment évaluer les risques d'explosion de poussière à l'aide de l'EMI ?

L'EMI est une donnée clé à considérer pour chaque source d'inflammation, car l'énergie que la source d'inflammation sera capable de générer pourra ou non être susceptible de déclencher une explosion, selon qu'elle est inférieure ou supérieure à l'EMI.

Il est nécessaire de calculer l'énergie générée par la source d'inflammation lors d'une évaluation des risques, par exemple pour les sources d'inflammation suivantes :

• Décharge par étincelle
• Décharge en brosse
• Décharge couronne
• Décharge propagative en brosse
• Décharges coniques
• Étincelles mécaniques
• etc...

Il est également TRÈS important de vérifier si le gaz dans le mélange poussière / gaz est uniquement de l'air ou si un gaz inflammable ou un solvant est susceptible d'être présent. En effet, un gaz inflammable peut réduire drastiquement l'Énergie Minimale d'Inflammation (EMI) du mélange et rendre la situation extrêmement dangereuse. [Glor]. Cela doit être déterminé dans l'analyse des risques.

5. EMI de poussières courantes

Veuillez trouver ci-dessous quelques données d'EMI issues de la littérature.

ATTENTION : il s'agit de valeurs générales fournies sans garantie. Une évaluation des risques et une conception doivent TOUJOURS se référer à la Fiche de Données de Sécurité (FDS) du produit ACTUEL utilisé, ainsi qu'à des essais réalisés spécifiquement sur le matériau ACTUEL par un institut reconnu.

Les résultats provenant de différentes sources peuvent également varier, car les procédures d'essai sont très sensibles à de nombreux paramètres (voir ci-dessus), il est donc nécessaire de prendre des précautions supplémentaires pour vérifier dans quelles conditions les poussières ont été testées, et si nécessaire, réaliser des essais complémentaires..

Tableau 1 : Énergie Minimale d'Inflammation (EMI) de matériaux courants en mJ, dans l'air

Une question souvent posée est : quelle est l'EMI d'un mélange de poudres ? En réalité, de nombreuses industries manipulent des mélanges comme produit final (pharmacie, transformation alimentaire), il est donc nécessaire d'évaluer l'EMI du mélange.

Le calcul de l'EMI d'un mélange n'est en réalité pas simple,, bien que certains modèles aient été proposés dans la littérature [Bisel]. Il ressort de cette étude que l'EMI du mélange semble être gouvernée par le composant ayant l'EMI la plus faible jusqu'à atteindre un minimum de 50 % en poids d'un composant "inerte" (ou du moins un composant ayant une EMI plus élevée), et dans certains cas jusqu'à 80 % de l'inerte dans le mélange. L'étude montre qu'en réalité, cela peut être dû au % de fines : si le mélange contient une proportion de particules de petite taille, celles-ci détermineront l'EMI du mélange. Si les fines appartiennent au composant ayant l'EMI la plus faible, alors l'EMI résultante du mélange sera faible.

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Sources
# [Laurent] *Sécurité des procédés chimiques*, André Laurent, Tec & Doc, 2003, page 241
# [Glor] *Risque d'inflammation dû à l'électricité statique dans les procédés particulaires*, Martin Glor, *Powder Technology*, 135-136, 2003
# [EN13821] Norme européenne EN13821:2002 *Atmosphères explosibles — Prévention des explosions*
et protection — Détermination de l'énergie minimale d'inflammation des mélanges poussière/air
# [Janes] *MIKE 3 versus appareil HARTMANN : comparaison des énergies minimales d'inflammation (EMI) mesurées*, *Journal of Hazardous Materials*, Elsevier, 2008, 152 (1), pp. 32-39.
# [Mills] *Guide de conception du transport pneumatique*, David Mills, Butterworth Heinemann, 2004, page 577

# [Bisel] *L'Énergie Minimale d'Inflammation des mélanges de poudres*, Bisel et al, *Chemical Engineering Transactions*, 2016