Le phénomène d'explosion
Généralités
L'explosion, à la différence de l'incendie, est une combustion quasiment instantanée. Elle provoque un effet de souffle accompagné de flammes et de chaleur. La violence de l'explosion est essentiellement fonction de la qualité d'énergie libérée et de la cinétique du processus de libération. L'énergie libérée peut avoir différentes origines :
Explosion due à une réaction chimique
Réaction entre deux composés chimiques réactifs entre eux avec une vitesse de réaction très rapide et une énergie libérée très importante. Le système déclenche lui-même le processus d'explosion, les causes de la réaction peuvent être :
Mise en présence accidentelle
Présence d'impuretés dans une cuve de stockage,
une canalisation...
Explosion due à une cause physique
Le système reçoit un apport d'énergie de l'extérieur. Le système est stable ou stabilisé dans les conditions normales d'utilisation • L'instabilité peut être due à un point chaud, un choc...
Explosion nucléaire
La désintégration de noyaux atomiques lourds en éléments plus légers a lieu en libérant une énergie considérable.
Conditions d'une explosion : (l'hexagone de l'explosion)
Présence d'oxygène
Lorsque la teneur en oxygène dans le nuage < à une valeur critique, l'explosion ne peut pas se développer. La teneur seuil en oxygène est appelée CLO (Concentration Limite en Oxygène). La CLO est de l'ordre de 10% pour la plupart des poussières organiques.
Il est possible d'influer sur la CLO par inertage. En effet l'ajout d'un gaz inerte avec l'air abaisse la teneur en oxygène de l'atmosphère, et de ce fait rend la combustion du mélange air -poussière impossible. Les gaz inertes les plus employés sont l'azote (N2), le dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur d'eau.
Poussières combustibles
Poussières = Particules de diamètre < 0,5 mm [500 µm], qui dans l'atmosphère reste en suspension un certain temps en se déposant sous l'effet de leur propre poids.
Pour exploser, les poussières doivent être des poussières combustibles, c'est-à-direqu'elles puissent réagir avec l'oxygène de l'air en dégageant de la chaleur, exemples le bois, le charbon, les matières plastiques et des métaux sous forme fine (laine d'acierpoussières d'aluminium). (Exemple de poussière incombustible : le sable)
La puissance de combustion développée par la poussière dépend de :
Sa granulométrie (la vitesse de combustion augmente si D particule diminue )
Son humidité H (la vitesse de combustion augmente si H diminue )
Mise en suspension (gaz, poussières, aérosols..)
1) Pour que l'explosion puisse se développer : il faut que les particules de poussières doivent être maintenues en suspension un temps suffisant.
2) La "stabilité d'un nuage" : est sa capacité à rester en suspension dans l'air. Elle est caractérisée par le "pouvoir de ré-suspension".
Pouvoir de ré-suspension augmente : Le nuage reste en suspension ;
Pouvoir de ré-suspension diminue : Le nuage sédimente (forme dépôt).
3) Le pouvoir de ré-suspension dépend de :
la densité du nuage de poussières (concentration de la poussière dans l'air) ;
la masse, la forme et la taille des particules
des conditions ambiantes (humidité relative et température).
Domaine d'explosivité - Concentration de poussière
1) Pour qu'un nuage de poussières soit un "nuage d'explosivité", la concentration de poussières dans l'air doit être située entre 2 valeurs :
la LIE (Limite [C] Inférieure d'Explosion)
la LSE (limite [C] Supérieure d'Explosion)
Zone 1 : Mélange air-combustible gazeux trop pauvre en gaz, la combustion est impossible:
L'air (21 % O2, 79 % N2) encombre le milieu réactionnel et gêne les rencontre molécules d'oxygène et de combustible.
La quantité de chaleur dégagée par la réaction amorcée en un point est dissipée volume inerte entourant ce point. La température atteinte n'est pas suffisante pour molécules des couches voisines puissent réagir entre elles. La combustion s'arrête.
Zone 2 : Mélange air-combustible gazeux en proportions convenables, la combustion peut se
développer. Le "domaine d'explosivité" se situe entre ces deux valeurs de concentration.
LSE (Limite supérieure d'explosivité) : concentration maximale au dessous de laquelle le mélange peut être enflammé, ou encore, c'est la limite au dessus de laquelle l'onde explosive ne se propage pas, le gaz et les vapeurs brûlent sans exploser.
LIE (Limite inférieure d'explosivité) : concentration minimale au dessus de laquelle le mélange peut être enflammé.
Zone 3 : Mélange air-combustible trop riche en gaz, la combustion est impossible :
Le combustible encombre le milieu réactionnel
La chaleur dégagée est insuffisante pour propager la combustion.
