Les matériaux en poudre peuvent-ils exploser ?

Tout matériau solide capable de brûler dans l’air, autrement dit un matériau combustible, devient de plus en plus réactif à mesure que son degré de subdivision augmente. En d’autres termes, plus un matériau est divisé finement, plus la combustion se produit rapidement et avec violence. Un exemple simple permet d’illustrer ce phénomène : de grosses bûches utilisées pour un feu de camp brûlent lentement une fois allumées, alors que de petits morceaux de bois ou des copeaux s’enflamment plus facilement et brûlent beaucoup plus vite. Cette différence s’explique par l’augmentation de la surface totale d’échange entre le combustible (le bois) et l’oxydant (l’oxygène de l’air).

Lorsque la subdivision se poursuit jusqu’à des particules très fines, de taille micrométrique, celles-ci peuvent être mises en suspension dans l’air et former un nuage de poussières. Dans de telles conditions, une quantité d’énergie extrêmement faible — de l’ordre de 30 mJ, comparable à une décharge électrostatique ressentie après avoir touché une poignée de porte — peut suffire à enflammer ce nuage. La combustion se propage alors de manière extrêmement rapide, renforcée par les échanges thermiques par rayonnement au niveau du front de flamme, et peut conduire à une explosion en moins d’une seconde, soit à peine la durée d’un clignement d’œil.

Où se produisent les explosions de poussières ?

Tout matériau solide combustible peut provoquer une explosion s’il est suffisamment finement divisé et mis en suspension dans l’air à une concentration adéquate, créant ainsi une ATmosphère EXplosive (ATEX). De nombreux produits du quotidien ou industriels sont concernés. Il peut s’agir du charbon, de produits alimentaires tels que le sucre, les céréales ou les acides aminés, de plastiques comme le polypropylène, de produits issus du bois et de la cellulose, de produits pharmaceutiques (paracétamol, vitamines), de biosolides (déchets d’égouts séchés), mais aussi de métaux tels que l’aluminium ou de produits inorganiques comme le soufre.

Lorsque les procédés impliquant ces poussières réunissent l’ensemble des conditions décrites par le «pentagone de l’explosion de poussières» — combustible, oxydant, dispersion, confinement et source d’inflammation — une montée brutale de pression peut se produire dans un espace partiellement ou totalement confiné. Ce phénomène d’explosion peut entraîner la rupture d’équipements, l’effondrement de structures et des dommages humains et matériels majeurs.

Les explosions de poussières sont-elles un réel danger ?

Les explosions de poussières constituent un risque avéré dans tous les secteurs où des poudres combustibles sont manipulées, notamment dans les installations de stockage. Les silos contenant des céréales en poudre, comme le blé ou le maïs, peuvent générer des zones ATEX lors des opérations de chargement et de déchargement. Compte tenu des quantités stockées, les conséquences d’une explosion peuvent être particulièrement graves.

Par exemple, un accident majeur s’est produit en 1997 à Blaye (France), lorsqu’un ensemble de silos en béton armé — chacun contenant environ 850 tonnes de céréales — a explosé [1]. Une flamme issue d’une unité de procédé adjacente est entrée dans les silos et a enflammé l’atmosphère explosive formée lors des opérations de chargement et de vidange, provoquant malheureusement le décès de 11 personnes. Cet accident a conduit à un renforcement des exigences réglementaires applicables en France aux Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE), notamment en matière d’études de dangers et de dispositifs de protection contre les explosions, tels que les surfaces d’évents. Plus récemment, en 2018 à Strasbourg (France), un autre ensemble de silos contenant environ 24 500 tonnes de maïs a explosé à la suite de l’apparition d’une source d’inflammation lors d’opérations de maintenance dans les élévateurs à godets adjacents au système de stockage [2], [3].

Ce danger est-il exclusif aux installations industrielles ?

Non. Une explosion de poussières peut se produire partout où les conditions du pentagone de l’explosion sont réunies, y compris dans des bâtiments non industriels. Certains équipements présentent un risque particulier, notamment les systèmes de dépoussiérage. Par conception, ces équipements capturent les particules les plus fines — et donc les plus réactives — ce qui les rend particulièrement sensibles aux phénomènes d’inflammation et d’explosion.

Des dépoussiéreurs peuvent être installés dans des Établissements Recevant du Public (ERP), tels que des théâtres, des salles d’exposition ou des lieux culturels. Dans ces environnements, de petits ateliers de travail du bois ou du métal peuvent être utilisés pour la scénographie ou la préparation des spectacles. Même lorsque les quantités de poussières et l’usage sont limitées, les systèmes de dépoussiérage constituent un risque qui doit être identifié et évalué afin de garantir la sécurité du public et du personnel, en conformité avec les exigences des autorités compétentes.

Un modèle géométrique 3D (FLACS CFD®) représentatif du Local Technique a été réalisé, intégrant les équipements essentiels, notamment le dépoussiéreur et les tuyauteries situées sous la toiture. Les paramètres initiaux ainsi que le modèle d’explosion ont été configurés de manière à reproduire la valeur de pression réduite utilisée lors du dimensionnement de l’évent par le fabricant du dépoussiéreur. Les simulations montrent que les surpressions excèdent des seuils correspondant à un niveau de danger significatif pour la vie humaine, dans la zone immédiate du dépoussiéreur, considérant le local entièrement fermé. Ce qui implique que la paroi séparative et les portes du local doivent présenter une résistance mécanique adaptée à ces niveaux de chargement, avec un impact notable sur les coûts de génie civil.
L’installation d’un Local Technique semi-confiné constitue au final une solution intermédiaire équilibrée et opérationnellement efficace. Dans cette configuration qui a été vérifiée par calcul, les surpressions maximales mesurées en dehors du Local Technique restent inférieures aux seuils tant pour les structures que pour les personnes. La paroi séparative offre également un avantage supplémentaire en tant que barrière physique, atténuant les risques liés aux projectiles.

Pour plus d’informations sur les services proposés par EFECTIS en ingénierie de la sécurité des explosions de poussières, contactez jose.serrano@efectis.com

Références

[1]  Analyse, Recherche et Information sur les Accidents (ARIA), « N° 11657 –  20/08/1997 –  FRANCE – 33 – BLAYE ». BARPI. [En ligne]. Disponible sur: https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/fiche_detaillee/11657/
[2]  Analyse, Recherche et Information sur les Accidents (ARIA), « N° 51652 –  06/06/2018 –  FRANCE – 67 – STRASBOURG ». BARPI. [En ligne]. Disponible sur: https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/accident/51652/
[3]  Ministère de la transition écologique et solidaire, « Grave explosion dans un silo de cellules  verticales ouvertes », BARPI, 51652, 2019. [En ligne]. Disponible sur: https://www.bretagne.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/04bis_-_fiche_aria_explosion_de_poussieres_strasbourg.pdf