II. Méthodologie de cotation et seuils d’effets réglementaires
4. Description des modèles d’évaluation des effets
4.1. Description du modèle d’évaluation des effets thermiques
La méthode de calcul utilisée permet à la base d’évaluer des effets thermiques produits par un feu d’entrepôt. Il s’agit du logiciel FLUMILOG (FLUx éMIs par un incendie d’entrepôt LOGistique), dont l’INERIS est à l’origine. L'outil a été construit sur la base d'une confrontation des différentes méthodes utilisées complétée par des essais à moyenne et d'un essai à grande échelle. Cette méthode peut prendre en compte les paramètres prépondérants dans la construction des entrepôts afin de représenter au mieux la réalité.
Cette méthode permet de calculer l’incendie d’une cellule de stockage et d’étudier la propagation aux cellules voisines. Les distances d’effets des flux thermiques sont calculées en considérant :
- l’absence totale de moyens de secours et d’extinction ;
- la propagation de l’incendie et sa puissance au cours du temps ; - les protections passives (murs coupe-feu,…).
La méthode Flumilog prend en compte la cinétique de l’incendie et son évolution dans le temps et permet ainsi de modéliser l’évolution de l’incendie depuis l’inflammation jusqu’à son extinction par épuisement du combustible. Elle
Le logiciel Flumilog permet également d’évaluer les effets thermiques produit par un stockage en masse de combustible solide. Cette méthode peut également s’appliquer à des incendies en extérieur. Les caractéristiques REI1 des parois sont automatiquement considérées par le logiciel comme égales à 0.
C’est donc cette méthode de calcul que nous proposons de retenir pour modéliser les conséquences d’un incendie sur les différents stockages de déchets.
Les simulations Flumilog du présent dossier sont réalisées avec la version de calcul V5.2.0.0.
Les différentes étapes de la méthode sont présentées dans le logigramme ci-après.
Illustration 4 : Principe de la méthode FLUMILOG
Les différentes étapes de la méthode sont les suivantes :
- Acquisition et initialisation des données d’entrée (données géométriques du stockage, nature des produits entreposés, le mode de stockage, données d’entrée pour le calcul : débit de pyrolyse en fonction du temps, comportement au feu des toitures et parois si présentes…),
- Détermination des caractéristiques des flammes en fonction du temps (hauteur moyenne et émittance), - Calcul des distances d’effet en fonction de temps. Ce calcul est réalisé sur la base des caractéristiques des
flammes déterminées et de celles des parois résiduelles susceptibles de jouer le rôle d’obstacle au rayonnement.
1 La résistance au feu des éléments de construction est aujourd’hui indiquée à l’aide de la classification REI européenne. Il existe trois éléments : R, E et I ; ces lettres sont suivies de 2 ou 3 chiffres donnant le temps de résistance en minutes.
Classification R (Résistance mécanique
ou stabilité) E (Etanchéité au gaz
et flammes) I (Isolation thermique)
* R (anciennement SF
– Stable au Feu) X Non concerné Non concerné
RE (anciennement PF X X Non concerné
L’objet de la 1ère étape est de déterminer tous les paramètres nécessaires à l’utilisation de l’outil Flumilog. Ces informations sont :
- relatives à la cellule, dimensions et nature de la structure, des parois et de la toiture et leur comportement au feu ;
- relatives au stockage, dimensions, nombre de niveaux et mode de stockage ;
- relatives au combustible, dimensions, composition de la « palette » moyenne (masse de combustibles dans la cellule divisée par le nombre de palettes).
Données nécessaires pour définir la palette moyenne Dimensions de la palette Largeur (en m), Longueur (en m) et Hauteur (en m) Composition de la palette
Composition des produits
combustibles (en kg) Nature et masse de combustibles présents dans la palette (bois, PE, caoutchouc, cartons …)
Composition des incombustibles (en
kg) Nature et masse d’incombustibles présents dans la palette (acier, eau …)
Masse d’une palette (en kg) Cette valeur permet d’estimer la masse volumique de la palette et d’estimer ainsi son degré de compacité.
4.2. Description du modèle d’évaluation des effets mécaniques d’une explosion de gaz
4.2.1. Préliminaires – Choix du modèle
Les méthodes simples d’évaluation des conséquences des explosions ne sont jamais prévues pour traiter des aspects à la fois mécaniques (ondes de pression) et thermiques. Ainsi, dans cette étude ne seront abordés que les calculs dédiés aux ondes de pression.
La méthode permettant de déterminer les effets de pression dans le cas d'une explosion repose sur : - la détermination de l’énergie disponible lors de l’explosion,
- la méthode multi-énergie pour évaluer l’atténuation des effets de pression.
Cette démarche a l’avantage d’être applicable aussi bien pour les explosions à l’air libre (UVCE) que pour l’évaluation des effets de surpression liés à l’éclatement d’un réservoir (atmosphère confiné).
4.2.2. Description du modèle multi-énergie
Les principes de base sur lesquels repose cette méthode sont directement inspirés des mécanismes qui gouvernent le déroulement des explosions de gaz.
L’idée centrale des méthodes basées sur le concept multi-énergie est qu’une explosion de gaz produit des effets d’autant plus important qu’elle se développe dans un environnement encombré ou turbulent dans lequel la flamme peut se propager rapidement et qu’en dehors de ces zones, les effets de pression associés à la propagation de flamme sont minimes.
Ainsi, pour comprendre la méthode Multi-Energie, il convient tout d’abord de garder à l’esprit qu’une explosion de gaz n'est susceptible d'engendrer de fortes surpressions que si :
- les flammes atteignent une vitesse de propagation importante (plusieurs dizaines de m/s), - ou si les gaz sont confinés par des parois solides.
Pour cela, il convient de tenir compte des nombreux paramètres qui ont une influence sur la vitesse de propagation des flammes, parmi lesquels peuvent être cités :
- la densité d'obstacles,
Dans le cadre d’une application de la méthode Multi-Energie, la « violence » de chaque explosion élémentaire peut ensuite être caractérisée par un indice compris entre 1 et 10. A chaque indice correspond un niveau de surpression maximum.
Les niveaux maximums et les courbes d'atténuation de la surpression en fonction de la distance sont donnés, pour chaque indice, sur des abaques.
Le principe de la méthode multi-énergie et la méthodologie appliquée pour la détermination de l’énergie disponible d’explosion sont détaillées en Annexe 2.
II I II I. . E E
TUTUDDEE DDEESS SSCCEENNAARRIIOOSS DD’ ’
ACACCCIIDDEENNTTSS1. Scénario 1.5 : Incendie sur le stockage de paille
Le scénario étudié est l’inflammation du stockage de paille.
1.1. Cotation en probabilité
La liste des organes de sécurité mis en place est détaillée dans le tableau ci-dessous.
Equipements Organe de sécurité associé
Hangar paille Détecteur et alarme incendie
Mur coupe-feu 2h autour du stockage de paille (3 côtés)
Au vu de l’accidentologie, un départ de feu au sein de matériaux combustibles est un évènement courant qui peut se produire à plusieurs reprises durant l’exploitation du site.
Toutefois, au regard des moyens de maîtrise des risques intégrés dans la conception de l’installation, sa propagation à l’intégralité du stockage est plus rare et la probabilité du scénario d’incendie généralisé du stockage est donc évaluée à B « Evénement probable ».
1.2. Cotation en gravité – modélisation du scénario
La note de calcul issue de la simulation FLUMILOG est fournie en Annexe 3.
Sont présentés ci-après les hypothèses de modélisation ainsi que les distances d’effets.
1.2.1. Données d’entrée et hypothèses
Pour les besoins du calcul, la composition des intrants peut être facilement intégrée dans le logiciel puisqu’au niveau du choix du combustible, Flumilog offre la possibilité de choisir le plastique ou le carton … et permet de prendre en considération l’humidité (rajout d’un pourcentage d’eau au sein de la palette).
Le stockage de paille est réalisé dans un hangar couvert de 14 m sur 12 m fermé sur 3 côtés par des murs coupe-feu et ouvert sur le 4ème. En fonction de la masse volumique de la paille (150 kg/m3) et de la teneur en eau (faible pour la paille de l’ordre de 15%), on définit la composition de la palette Flumilog comme suit :
Type de
combustible Volume maximum de
stockage Dimension du
stockage Hauteur Composition de la palette Flumilog de 1 m3
(1 m x 1m x h= 1m)
Paille 1 008 m3 14 m par 12 m 6 m 85 % de palette bois => 128 kg
15 % d’eau => 22 kg
Les modélisations Flumilog permettent de prendre en considération les effets du bâti sur l’incendie (murs coupe-feu, effondrement des structures pouvant recouvrir les combustibles et limiter la combustion).
Dans le cas présent, on considère un hangar avec une toiture métallique.
1.2.2. Effets thermiques
Les caractéristiques de l’incendie, obtenues avec les hypothèses considérées, sont les suivantes.
Durée de l’incendie (min) Puissance maximale de
l’incendie (MW) Emissivité max de la
flamme (kW/m²) Hauteur maximale de flamme (m)
143 47,4 23,5 7,9
Les distances d’effets thermiques sont donc :
Illustration 5 : Distance d’effets thermiques du scénario 1.5 : Incendie du stockage de paille pour une cible de 1,8 m au-dessus du sol
Flux thermique correspondant 8 kW/m2 5 kW/m2 3 kW/m2 Paille Distance face Longueur – mur ouvert 10 m 10 m 13 m
Distance face murs coupe-feu Non atteint Non atteint Non atteint
1.2.3. Cotation en gravité
La fiche 1 de la circulaire du 10 mai 2010 (relative à la méthodologie de comptage des personnes pour la détermination de la gravité des accidents) permet de comptabiliser le nombre de personnes extérieures à proximité du site.
Seuils d’effet Caractéristique de la cible en dehors du
site où l’effet serait observé Nombre de personnes extérieures au site
Gravité (arrêté du 29/09/05)
Sc.1.5
Zone des dangers significatifs
pour la vie humaine Seuil des effets contenu dans le site 0 1
Zone des dangers graves pour
la vie humaine Seuil des effets contenu dans le site 0 1
Zone des dangers très graves
pour la vie humaine Seuil des effets contenu dans le site 0 1
La gravité est donc qualifiée de « modérée ».
Le seuil des effets dominos (8 kW/m²) atteint la plateforme de stockage des digestats solides. Par mesure de sécurité, aucune benne de stockage ne sera implantée dans le périmètre des effets domino soit 10 m devant le stockage de paille.
Illustration 6 : Effets thermiques pour le scénario 1.5. Incendie sur le stockage de paille
1.3. Classement du scénario 1.5
En reprenant la grille d’appréciation, le scénario 1.5 : Incendie sur le stockage de paille est classé en zone de risque moindre.
Gravité des
conséquences Probabilité (sens croissant de E vers A)
E D C B A
DESASTREUX CATASTROPHIQUE
IMPORTANT SERIEUX
MODERE SCENARIO 1.5
1.4. Risques associés au risque incendie
1.4.1. Effets des fumées
L’évaluation de la quantité et de la nature des émissions gazeuses lors d’un incendie apparaît complexe, sachant que la pyrolyse et la combustion engendrent la formation d’une large gamme de produits, dont les quantités varient fortement en fonction de l’apport énergétique et de l’apport en oxygène.
Dans le cas du site, aucun produit chloré ou fluoré n’est présent, ainsi, parmi tous les gaz produits, le monoxyde de carbone (CO) reste le toxique principal : il est inodore et donc non décelable.
La détermination précise des zones de danger aux seuils d’effets toxiques est donc difficilement réalisable.
Toutefois, les risques liés à l’inhalation de fumées pour les personnes à l’extérieur du site sont moins importants qu’en atmosphère confiné. En effet, dans un espace fermé, les concentrations en polluant peuvent rapidement augmenter et atteindre les concentrations des effets irréversibles voire létaux à plus ou moins longue échéance. Par contre, en environnement ouvert, les concentrations dans l’air en polluant vont décroître avec la distance à l’incendie (dispersion atmosphérique).
Les risques les plus importants sont pour le personnel d’intervention qui doit être équipé d’appareils respiratoires autonomes au niveau du foyer proche de l’incendie.
Aucun rayon de danger n’a été retenu concernant la toxicité des fumées.
1.4.2. Pollution par les eaux d’extinction d’incendie
Le dernier effet à considérer pour un incendie est lié à l’utilisation de l’eau pour endiguer l’incendie. En effet, en l’absence de rétention suffisante et de protection du réseau des eaux pluviales, les eaux d’extinction d’incendie peuvent engendrer une pollution du milieu naturel.
Le site dispose également d’un dispositif de récupération des eaux d’extinction d’un éventuel incendie (voir détails en partie III.2.3).
2. Scénario 2.1a et 2.1b : Explosion VCE dans les digesteurs ou le post-digesteur en fonctionnement à vide
Le risque d’explosion sur le site est lié à la formation d’une zone ATEX de gaz (le biogaz contenant du méthane).
L’explosion n’a lieu que si les proportions de combustible et comburant sont dans le domaine d’explosivité et si une source d’inflammation est présente.
L’explosion VCE a lieu en espace confiné. Dans le cadre du projet, l’espace confiné est le digesteur ou le post-digesteur à vide (volume réactif le plus important).
2.1. Cotation en probabilité
L’explosion du digesteur (ou post-digesteur) est un évènement qui a déjà été rencontré dans des installations de méthanisation d’après l’accidentologie.
Le risque d’explosion a été pris en compte dès la conception de l’installation. La liste des organes de sécurité mis en place est détaillée dans le tableau ci-dessous.
Equipement Organe de sécurité associé
Digesteurs / Post-digesteur
Soupape de sécurité munie d’un dispositif anti-gel Capteur de pression (haute et basse)
Thermomètre
Suivi du procédé de méthanisation (débits, agitation, mesures CH4, O2…) Etanchéité des équipements
Signalisation du risque ATEX avec panneaux d’interdiction de fumer, d’approcher une flamme nue
Utilisation de matériels aux normes ATEX
Event d’explosion (enveloppe souple du gazomètre) Inertage du ciel gazeux à l’azote avant maintenance Maintenance réalisée par des professionnels
Avec la mise en place de mesures de prévention spécifiques, la classe de probabilité est D « Evènement très improbable ».
2.2. Cotation en gravité – modélisation du scénario
Une modélisation est réalisée pour déterminer les zones d’effet de ce scénario d’accident (voir détails en annexe).
2.2.1. Données d’entrée et hypothèses
Il est considéré la formation d’une ATEX à la stœchiométrie d’un mélange d’air et de méthane (stœchiométrie du CH4 est de 9,5%) dans le digesteur à vide (vidange du digesteur). Il s’agit d’un scénario majorant puisque dans cette situation, le volume explosif est maximal.
Le volume à considérer est donc le volume total du digesteur ou du post-digesteur.
Le digesteur se compose de béton et d’une double membrane en toiture. La pression statique d’ouverture de la membrane est de 30 mbar (valeur standard mentionnée par l’INERIS).
L’explosion éjecte à l’extérieur 75% du volume inflammable initial à travers les parois soufflées. Le nuage formé est fortement turbulent sous l’impulsion de la pression résiduelle de l’explosion primaire. Le digesteur devient largement ventilé. Dans ces conditions, les effets de pression sont largement supérieurs à l’extérieur du digesteur qu’à l’intérieur.
Ce scénario correspond au scénario « Explosion de l’ATEX interne à un gazomètre » du rapport de l’INERIS DRA-09-101660-12814A « Scénarios accidentels et modélisation des distances d’effets associés pour des installations de méthanisation de taille agricole et industrielles ». En effet, les digesteurs et le post-digesteur sont munis d’un gazomètre en toiture avec une membrane souple, il ne s’agit pas de digesteurs métalliques avec évent comme dans le scénario « Explosion dans un digesteur à vide ou en fonctionnement normal » de l’INERIS.
L’indice de violence retenu est l’indice 4 pour lequel la surpression maximale est de 100 mbar. Il s’agit du même indice que l’INERIS a retenu pour le scénario « Explosion de l’ATEX interne à un gazomètre ».
Les effets thermiques d’une explosion sont mineurs par rapport aux effets de surpression qui eux sont dévastateurs.
Par conséquent, seuls les effets de surpression sont modélisés. Ils sont majorants et donc suffisants pour évaluer la gravité du scénario.
2.2.2. Effets de surpression
Les distances d’effets de surpression obtenues par modélisation sont données dans le tableau suivant et représentées sur la figure suivante (voir détails de calcul en annexe). Les distances sont données à partir du centre de l’explosion et pour une cible située au niveau du sol.
Illustration 7 : Distance d’effets du scénario n°2.1a : Explosion VCE dans un des digesteurs en fonctionnement à vide pour une cible à 1,8 m au-dessus du sol
Zones Zone des dangers très graves pour la vie humaine correspondant à la zone seuil pour
les effets domino
Illustration 8 : Distance d’effets du scénario n°2.1b : Explosion VCE dans le post-digesteur en fonctionnement à vide pour une cible à 1,8 m au-dessus du sol
Zones Zone des dangers très graves pour la vie humaine correspondant à la zone seuil
pour les effets domino
On constate l’absence de possibilité d’effets dominos sur d’autres installations du site (notamment d’un digesteur sur l’autre), les surpressions associées aux effets domino n’étant pas atteintes.
Illustration 9 : Effets de surpression pour les scénarios 2.1a et 2.1b : Explosion VCE dans les digesteurs ou le post-digesteur en fonctionnement à vide
2.2.3. Cotation en gravité
La fiche 1 de la circulaire du 10 mai 2010 (relative à la méthodologie de comptage des personnes pour la détermination de la gravité des accidents) permet de comptabiliser le nombre de personnes extérieures à proximité du site :
- Voie de circulation : Les voies de circulation n’ont à être prises en considération que si elles sont empruntées par un nombre significatif de personnes qui ne sont pas déjà comptées parmi les personnes exposées dans d’autres catégories d’installations (en tant qu’habitation, commerce, etc.) situées dans la même zone d’effets, les temps de séjours en zone exposée étant généralement très supérieurs aux temps de trajets ;
- Terrains aménagés et potentiellement fréquentés ou très fréquentés : 10 personnes par tranche de 1 ha.
Seuils d’effet Caractéristique de la cible en dehors du site où l’effet serait observé
Pour les 2 scénarios cumulés :
* Voie communale n°31 sur environ 190 m
(non prise en considération puisqu’elle est empruntée majoritairement par les employés de la carrière comptés ci-après)
Pour les 2 scénarios cumulés :
* Voie communale n°31 sur environ 190 m
(non prise en considération puisqu’elle est empruntée majoritairement par les employés de la carrière comptés ci-après)
2.3. Classement du scénario 2.1a et 2.1b
En reprenant la grille d’appréciation, les scénarios sont classés en zone de risque moindre.
Gravité des
conséquences Probabilité (sens croissant de E vers A)
E D C B A
2.4. Risques associés au risque d’explosion de gaz
2.4.1. Effets thermiques d’une explosion de méthane
L’expérience montre qu’en pratique, les effets thermiques de l’explosion ne sont pas dus au rayonnement thermique (très court) du nuage enflammé, mais uniquement au passage du front de flamme. Autrement dit, toute personne se trouvant sur le parcours de la flamme est susceptible de subir l’effet létal, mais celui-ci n’excède pas la limite extrême atteinte par le front de flamme.
Ainsi, les rayons des zones de dangers des effets thermiques est bien inférieur devant ceux des effets de surpression.
2.4.2. Effets toxiques d’une explosion de méthane
L’explosion de gaz entraînerait la production de gaz de combustion (surtout du monoxyde de carbone). Cependant, ces gaz seront rapidement dispersés et ne seront pas présents dans des concentrations pouvant présentées un risque pour les personnes.
3. Scénario 4.10 et 4.12 : Explosion VCE dans le local chaudière ou le container de l’unité de purification
Une fuite dans un local peut engendrer une explosion en espace confiné puisque le biogaz contient du méthane.
3.1. Cotation en probabilité
L’explosion dans un container d’une unité de combustion de biogaz suite à une rupture guillotine sur une canalisation de biogaz est un évènement qui a déjà été rencontré dans des installations de méthanisation d’après l’accidentologie.
Ce scénario pourrait également se produire au sein de l’unité de purification.
Le risque d’explosion a été pris en compte dès la conception de l’installation. La liste des organes de sécurité mis en place est détaillée dans le tableau ci-dessous.
Equipement Organe de sécurité associé
Canalisations aériennes de biogaz
Canalisations en acier inoxydable Raccords souples anti-vibrations Capteur de pression (haute et basse)
Vannes de coupure automatique et manuelle de l’alimentation en biogaz Positionnement en dehors des zones de circulation
Identification des canalisations et panneaux de dangers
Signalisation du risque ATEX avec panneaux d’interdiction de fumer, d’approcher une flamme nue
Si la valeur dépasse le seuil, l’alarme et le système de sécurité se déclenchent.
Détecteur de fumée Mesure de la température Détection de fuite
Ventilation forcée
La ventilation forcée est asservie à la détection de méthane :
- Premier seuil à 20% de la LIE : la ventilation est forcée à 100%,
- Deuxième seuil à 40% de la LIE : la ventilation est forcée à 100% et l’électricité du local est coupée.
Avec la mise en place de mesures de prévention spécifiques, la classe de probabilité est D « Evènement très improbable ».
3.2. Cotation en gravité – modélisation du scénario
Une modélisation est réalisée pour déterminer les zones d’effet de ce scénario d’accident (voir détails en Annexe 2).
Une modélisation est réalisée pour déterminer les zones d’effet de ce scénario d’accident (voir détails en Annexe 2).