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Facteurs influençant les explosions de poussières

Influence de la taille des particules, de l'humidité, des gaz inflammables, de la concentration en oxygène et de la turbulence sur les explosions de poussières

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Résumé de la section
1. Introduction
2. Taille des particules
3. Humidité
4. Concentration en oxygène
5. Gaz inflammable
6. Turbulence

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1. Introduction

Quelles propriétés influencent les risques d'explosion de poussières ?

Les paramètres des explosions de poussières tels que Énergie Minimale d’Inflammation (EMI), Température Minimale d’Inflammation (TMI), Pression maximale (Pmax), Vitesse maximale d’augmentation de pression (Kst)...etc... sont mesurés en laboratoire dans des conditions standard. Cependant, un certain nombre de facteurs influençant les explosions de poussières, rendant les cas réels différents des valeurs théoriques, doivent être pris en considération. Lors de la réalisation d’une Analyse des Risques de Poussières (ARP), il est important de comprendre ces facteurs afin de bien appréhender les caractéristiques d’explosion des poussières des matériaux, et d’évaluer correctement le risque réel d’explosion de poussières.

2. Taille des particules

Influence de la taille des particules de poussière sur l’Énergie Minimale d’Inflammation (EMI)

Les risques d’explosion de nuages de poussières augmentent lorsque la taille des particules diminue. Il est en effet plus facile de mettre en suspension des particules fines pour créer un nuage dans les bonnes proportions poussière/gaz, mais cela rend également l’explosion plus puissante, car la réduction de la taille des particules, pour une même quantité, augmente considérablement les surfaces spécifiques : cela favorise une combustion très rapide de la poudre.

D’un autre côté, des particules plus grosses peuvent permettre d’inhiber l’explosion. Des rapports indiquent que, pour une taille de particules comprise entre 200 et 500 microns, l’explosion devient peu probable. ATTENTION : les opérateurs de procédé doivent être très prudents, car même si la distribution initiale de la taille des particules peut sembler sûre, les opérations de traitement sur la poudre peuvent générer des fines, ce qui rend en pratique toute poudre ou solide en vrac potentiellement dangereuse. C’est également pour cette raison que l’ EMI est mesurée à une taille de particule définie, afin de tenir compte de la génération de poussières dans le procédé. Ces phénomènes doivent être pris en compte dans les analyses de risques.

3. Humidité

Influence de l’humidité de la poussière sur l’Énergie Minimale d’Inflammation (EMI)

Il semble logique qu’une humidité plus élevée de la poudre réduise la probabilité d’une explosion. En effet, les particules humides seront beaucoup plus difficiles à enflammer, car l’eau doit d’abord s’évaporer pour permettre à la particule de commencer à brûler, nécessitant une énergie bien plus élevée pour déclencher une explosion. L’humidité peut également favoriser l’agglomération des particules.

La littérature rapporte que des particules avec une humidité supérieure à 30 % ne déclencheront probablement pas d’explosion. Cette situation reste cependant assez rare et liée à des applications très spécifiques.

4. Concentration en oxygène

Influence de la concentration en oxygène sur le risque d’explosion de poussière

En référence au pentagone de l’explosion, la présence d’air, et donc d’oxygène, est nécessaire pour déclencher une explosion. Un manque d’oxygène peut en réalité inhiber le risque d’explosion. C’est une stratégie souvent appliquée pour éviter les risques d’explosion de poussières (inertage). Bien sûr, le système doit être conçu pour surveiller la teneur en oxygène, la réguler et s’arrêter en cas d’impossibilité d’atteindre la valeur cible. Une faible concentration en oxygène est généralement obtenue par inertage à l’azote ou au dioxyde de carbone.

5. Gaz inflammable

Influence de la présence de gaz inflammable mélangé à la poudre sur l’ Énergie Minimale d’Inflammation (EMI)

Dans la majorité des cas, la poussière est dispersée dans l’air. Il faut cependant être vigilant quant aux aspects du procédé pouvant générer un gaz inflammable, soit parce que le procédé implique un gaz autre que l’air ou un mélange, soit parce que la poussière elle-même libère des matériaux.

La présence d’un solvant ou d’un gaz inflammable modifiera radicalement les propriétés d’explosion et augmentera la probabilité et/ou la violence de l’explosion.

• EMI plus faible pour le nuage de poussière en suspension avec de l’air + un gaz inflammable
• Le gaz peut également être plus facilement inflammable lorsqu’il est mélangé à de la poussière qu’avec de l’air seul

6. Turbulence

Influence de la turbulence de l’écoulement sur le Kst – caractéristiques d’explosion des poussières

La turbulence du nuage de poussière est également un facteur connu pour influencer les effets d’une explosion. Il est très difficile de la modéliser, mais il convient de noter que l’augmentation de pression Kst sera plus élevée avec une turbulence plus forte, par exemple avec un broyeur à grande vitesse.

Source
# [Laurent] Sécurité des procédés chimiques, André Laurent, Tec et Doc, 2003, pages 234-240