Modélisation des effets d’un UVCE

Circulaire du 10/05/10 récapitulant les règles méthodologiques applicables aux études de dangers, à l’appréciation de la démarche de réduction du risque à la source et aux plans de prévention des risques technologiques (PPRT) dans les installations classées en application de la loi du 30 juillet 2003.

Définition

Un UVCE (Unconfined Vapour Cloud Explosion) est une explosion de gaz inflammable (par exemple du GPL : gaz de pétrole liquéfié comme le butane ou le propane) à l’air libre qui produit :

• des effets thermiques ;
• des effets de pression.

Séquence accidentelle conduisant à un UVCE

• rejet dans l’atmosphère de GPL ;
• mélange (1) avec l’oxygène de l’air pour former un volume inflammable (carburant (le GPL) + comburant (l’oxygène))
• dilution et transport du nuage formé ;
• inflammation de ce nuage (si rencontre avec un point chaud)
• propagation d’un front de flamme des parties inflammables du nuage ;
• ce front de flamme, associé à l’expansion des gaz brûlés, agit à la manière d’un piston sur les gaz frais environnants et peut être à l’origine de la formation d’une onde de pression aérienne, appelée déflagration, si sa vitesse de propagation est suffisante.

(1) Tout le mélange n’est pas inflammable. Des parties sont soient trop riches en oxygène, soient trop riches en GPL. Le domaine d’inflammabilité se situe entre deux concentrations en GPL (LIE et LSE).

Le tableau ci-dessous donne des valeurs usuelles de LIE et de LSE pour les principaux gaz :

Comment calculer les effets d’un UVCE ?

Un UVCE va essentiellement présenter des effets de surpression exprimés en mb. La réglementation définit des seuils des effets irrévesribles su l’homme (SEI) et des seuils d’effets létaux (SEL).

Les paramètres suivants vont jouer sur la violence de l’explosion :

• l’énergie de combustion (en MJ/kg) du gaz ;
• la quantité de gaz émise ;
• la dispersion (dilution) du nuage inflammable
• l’encombrement.

Énergie de combustion (en MJ/kg) du gaz

Le tableau suivant donne les énergies de combustion pour des gaz courants. L’hydrogène est le gaz présentant le plus haut potentiel.

Quantité de gaz émise (terme source)

Le débit de fuite à la brèche ainsi que la durée de la fuite sont les paramètres qui vont déterminer la quantité de gaz qui va exploser.

La dispersion (dilution) du nuage inflammable

Les conditions météorologiques sont un paramètre majeur. Les conditions peu stables (vents forts – nuages – nébulosité) vont favoriser la dilution du nuage. Les conditions défavorables pour un UVCE sont F-3 (stable avec un vent de 3m/s) et D-5 (neutre avec un vent de 5 m/s).

Pour la modélisation du nuage sont utilisés des logiciels éprouvés, reconnus par l’administration, comme PHAST de DNV.

L’explosion du nuage (La méthode multi-énergies de TNO)

Paramètres d’entrée :

• l’énergie de l’explosion (à partir du tableau 1 et du volume modélisé par PHAST) ;
• la pression maximale en champ proche (zone de la propagation des flammes) ;
• l’atténuation de cette surpression en champ lointain (zone de la propagation de

L’encombrement est un paramètre majeur :

• Si l’explosion du nuage a lieu en champ libre (en plaine par exemple), la violence de l’explosion sera faible. L’indice de violence sera de 2 ou 1 ;
• Si l’explosion du nuage a lieu dans une zone encombrée (par des véhicules par exemple), la violence de l’explosion sera plus importante. L’indice de violence sera de 4 à 10.

L’indice de violence donne les niveau de surpression maximums (par exemple 50 mb avec un indice de 6) :

L’atténuation de cette surpression en champ lointain

La méthode multi-énergies permet, à partir de l’énergie de combustion (E) et de l’indice de violence (numéroté de 1 à 10 en ordonnées) de déterminer la distance (R en abscisse) des effets de surpression.

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