Explosion de poussières

Lors d'une explosion de poussières, des poussières fines et combustibles en suspension dans l'air brûlent d'un seul coup. Dans une installation fermée, la pression peut alors atteindre 10 bar.

Les explosions de poussières sont plus fréquentes que beaucoup d'entreprises ne le pensent. Dans un grand pays industriel européen, les assureurs comptent en moyenne une explosion de poussières par jour. Comment une telle explosion se produit-elle, comment se déroule-t-elle et quelles règles ATEX et mesures protègent votre site ?

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Qu'est-ce qu'une explosion de poussières ?

De fines particules solides en suspension brûlent si vite que les gaz chauds se dilatent brutalement. C'est cette onde de pression qui cause l'essentiel des dégâts. Elle déchire les réservoirs, les conduites et même les bâtiments.

Sur le plan physique, il s'agit d'une déflagration : le front de flamme se déplace moins vite que le son. La violence de l'explosion dépend surtout de l'espace qui l'entoure. Dans un caisson de filtre ou un silo fermé, la pression maximale se développe. Dans un espace ouvert, un petit nuage de poussières se limite souvent à un embrasement.

L'évaluation des risques indique quelles matières forment des poussières inflammables présentant un risque d'explosion. Une poussière combustible seule n'explose jamais. Plusieurs conditions doivent être réunies en même temps.

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Comment une explosion de poussières se produit-elle ?

Des poussières combustibles sont finement dispersées dans l'air, à une concentration supérieure à la limite inférieure d'explosivité (LIE). Si une source d'inflammation s'y ajoute dans un espace confiné, la pression monte en quelques millisecondes.

Le pentagone de l'explosion résume les conditions. Les cinq doivent être présentes en même temps :

• Poussière combustible : matières organiques comme le bois, la farine et le sucre, ou poussières métalliques d'aluminium et de magnésium.
• Oxygène : en général celui de l'air.
• Dispersion fine : poussière soulevée qui forme avec l'air un mélange inflammable.
• Source d'inflammation : étincelles, surfaces chaudes, flammes ou décharges électrostatiques.
• Confinement : un réservoir, un filtre, un silo ou un local où la pression peut monter.

Qu'une seule manque, et l'explosion n'a pas lieu.

À partir de quand une poussière combustible peut-elle provoquer une explosion ?

Dès que la poussière contient des particules de moins de 0,5 millimètre et que sa concentration dépasse la LIE. En dessous d'environ 20 grammes par mètre cube, un mélange poussière-air n'est généralement pas considéré comme inflammable.

Règle pratique : dès que plus de 5 % en masse d'une poussière est plus fin que 500 micromètres, un risque d'explosion ne peut pas être exclu. Plus la poussière est fine, plus sa surface réactive est grande et plus la combustion est violente. Une couche de poussière de plus d'un millimètre sur une grande surface est déjà dangereuse. Soulevée, elle peut remplir tout un hall d'un nuage explosif.

Pourquoi la poussière de farine est-elle si dangereuse ?

La farine est composée d'amidon et de protéines : une matière organique combustible. Sous forme de poudre fine, elle offre en plus une très grande surface. Dispersée dans l'air, la farine s'enflamme d'un coup. En tas, elle ne fait que se carboniser lentement.

La plus grave explosion de poussières de farine en Allemagne a eu lieu le 6 février 1979 à la Rolandmühle de Brême. Un feu de câble a déclenché une série de petites explosions. 14 personnes sont mortes et 17 ont été blessées, certaines gravement. En France, l'explosion du silo de céréales de Blaye, le 20 août 1997, a fait 11 morts et 1 blessé. Pour les minoteries et les boulangeries, la poussière fine de farine de blé et de seigle représente un double risque : pour les voies respiratoires et pour la sécurité.

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Comment se déroule une explosion de poussières ?

Le plus souvent en deux temps. Une première explosion, souvent petite, envoie une onde de pression qui soulève les couches de poussière déposées. Ce nouveau nuage s'enflamme et provoque une seconde explosion beaucoup plus violente.

Dans une installation de production, cela se passe comme une réaction en chaîne en cinq étapes :

1. Inflammation : la poussière prend feu dans un broyeur, un élévateur à godets ou un filtre.
2. Explosion primaire : la pression monte en quelques millisecondes et déchire caissons, clapets ou conduites.
3. Mise en suspension : l'onde de pression précède la flamme et souffle la poussière des poutres, des tuyaux et des machines.
4. Explosion secondaire : la flamme enflamme le nouveau nuage, souvent bien plus grand.
5. Incendie : résidus incandescents et dépôts en feu provoquent des incendies dans les silos et les bâtiments.

Qu'est-ce qu'une explosion secondaire ?

L'explosion de la poussière soulevée par la première explosion. C'est en général elle qui cause le plus de dégâts, car il y a bien plus de poussière dans les halls, sur les poutres et dans les gaines qu'à l'intérieur de l'installation.

À la raffinerie de sucre Imperial Sugar de Port Wentworth (États-Unis), l'explosion a commencé le 7 février 2008 dans un convoyeur fermé sous les silos. Elle a ensuite enflammé la poussière de sucre accumulée dans les bâtiments voisins. 14 salariés sont morts et 36 ont été blessés.

La source d'inflammation détermine si une explosion commence. La propreté du hall détermine l'ampleur des dégâts.

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Quelles sources d'inflammation provoquent une explosion de poussières ?

Dans l'industrie, surtout les surfaces chaudes, les étincelles mécaniques, les foyers couvants, les décharges électrostatiques et les équipements électriques. La norme NF EN 1127-1 distingue 13 types au total, des flammes et de la foudre jusqu'à l'auto-inflammation.

Dans les installations qui traitent des poussières, la production quotidienne fait surtout intervenir ces six sources :

• Surfaces chaudes : roulements, moteurs, sécheurs et luminaires qui chauffent.
• Étincelles mécaniques : vis ou pierres dans un broyeur, ou étincelles de meulage et de fraisage.
• Foyers couvants : poussière incandescente entraînée par le flux de produit dans les convoyeurs et les filtres.
• Décharges électrostatiques : charges sur les bandes transporteuses, les tuyaux en plastique et les manches filtrantes.
• Équipements électriques : étincelles aux interrupteurs, aux connecteurs et aux câbles endommagés.
• Flammes nues : soudage, découpage et brasage dans des zones poussiéreuses.

Qu'une étincelle ou une surface chaude enflamme réellement la poussière dépend de son énergie minimale d'inflammation (EMI) et de sa température minimale d'inflammation. La poussière fine d'aluminium s'enflamme déjà sous 1 millijoule, le sucre et le lait en poudre entre 10 et 100 millijoules, et la farine de blé seulement au-delà de 100 millijoules.

Les surfaces chaudes ne doivent pas dépasser les deux tiers de la température minimale d'inflammation du nuage de poussière. Pour des couches jusqu'à 5 millimètres, elles restent au moins 75 kelvins sous la température minimale d'inflammation de la couche. La température qui en résulte varie selon la poussière. Exemple : une poussière dont le nuage s'enflamme à 200 °C et la couche à 250 °C. Les deux tiers de 200 °C donnent 133 °C, et 250 °C moins 75 kelvins donnent 175 °C. La plus basse des deux valeurs, 133 °C, fixe la température de surface maximale du matériel.

Les sources d'inflammation ne peuvent jamais être totalement exclues en production. C'est pourquoi l'essentiel est de savoir où la poussière explosive s'accumule dans l'installation.

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Où se produisent les explosions de poussières dans l'industrie ?

Surtout dans les silos, les installations de dépoussiérage et les filtres, les broyeurs et les systèmes de convoyage et de séchage. C'est là que la poussière est sans cesse soulevée ou collectée, et que nuage, confinement et source d'inflammation se rencontrent.

Une analyse de près de 600 cas montre que les cas déclarés ne représentent qu'environ dix pour cent de toutes les explosions de poussières, et que les installations de dépoussiérage sont de plus en plus souvent en cause. Cinq secteurs sont les plus exposés :

• Travail du bois : poussières de ponçage et de fraisage des ponceuses à chants et à bande large.
• Agroalimentaire et alimentation animale : poussières de farine, de sucre, d'amidon et de céréales lors du broyage, du convoyage et du conditionnement.
• Travail des métaux : poussières de meulage d'acier, de magnésium et d'aluminium fin issu du polissage.
• Plasturgie et chimie : plastiques, poudres et pigments dans les mélangeurs et les sécheurs.
• Impression 3D : poudres métalliques et plastiques.

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Quelle est la violence d'une explosion de poussières ?

On l'exprime par la pression maximale d'explosion et la valeur KSt : la vitesse maximale de montée en pression, ramenée au volume du réservoir. Les poussières organiques atteignent en général 7 à 10 bar dans un réservoir fermé. Certaines poussières métalliques vont au-delà.

Selon sa valeur KSt, chaque poussière appartient à l'une des trois classes d'explosivité. Elles déterminent le dimensionnement des protections :

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La valeur KSt est mesurée selon la norme NF EN 14034 dans une sphère de 20 litres ou un réservoir d'un mètre cube. Elle sert de base pour définir la classe d'explosivité et les protections. Même une poussière St 1 peut déchirer les parois d'acier d'un caisson de filtre. La protection contre les explosions commence donc par la prévention. L'évent vient ensuite.

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Comment prévenir une explosion de poussières ?

En évitant autant que possible la poussière et les mélanges poussière-air explosifs, en excluant les sources d'inflammation et en limitant techniquement les effets d'une explosion. Le Code du travail, qui transpose la directive 1999/92/CE, impose cet ordre de priorité :

• Empêcher la formation d'une atmosphère explosive : captage à la source, points de transfert fermés, nettoyage régulier et inertage, où l'azote remplace l'oxygène.
• Éviter l'inflammation : matériel conforme ATEX, mise à la terre contre l'électricité statique, séparateurs magnétiques contre les corps étrangers et détection d'étincelles dans les conduites.
• Limiter les effets : mesures constructives pour le cas où une explosion se produit malgré tout.

Retirez la poussière déposée avec des aspirateurs industriels antidéflagrants. Un balai ou l'air comprimé ne font que la remettre en suspension. Un plan de nettoyage fixe la fréquence de nettoyage des poutres, des chemins de câbles et des machines, pour éviter toute couche dangereuse.

Quelles mesures constructives limitent une explosion de poussières ?

Des mesures qui résistent à la pression et à la flamme, les évacuent, les étouffent ou les isolent, afin de protéger les personnes et les parties voisines de l'installation. Les normes européennes décrivent quatre méthodes combinables :

• Construction résistante à l'explosion : réservoirs et caissons de filtre supportent la pression maximale d'explosion.
• Évent d'explosion : disques de rupture ou panneaux d'évent s'ouvrent et évacuent pression et flamme vers une zone sûre.
• Suppression d'explosion : des capteurs détectent la montée en pression et un agent extincteur étouffe l'explosion en quelques millisecondes.
• Découplage : clapets anti-retour et écluses rotatives empêchent l'explosion de se propager par les conduites.

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Quelles règles ATEX s'appliquent aux explosions de poussières ?

Deux directives européennes s'appliquent : la directive 1999/92/CE pour les employeurs et la directive 2014/34/UE pour les fabricants d'appareils et de systèmes de protection. En France, les obligations des employeurs figurent aux articles R4227-42 à R4227-54 du Code du travail. Les exigences pour le matériel figurent aux articles R557-7-1 à R557-7-9 du Code de l'environnement.

Depuis le 30 juin 2006, les lieux de travail existants présentant un risque d'explosion doivent eux aussi respecter les exigences minimales de la directive 1999/92/CE. Si vous exploitez des installations qui traitent des poussières, vous avez quatre obligations :

• Évaluation des risques : déterminer si et où une atmosphère explosive peut se former, y compris les caractéristiques de la poussière.
• Zonage : classer les zones de travail en zones poussières 20, 21 et 22, selon la fréquence et la durée de l'atmosphère explosive.
• Choix du matériel : appareils de catégorie 1D, 2D ou 3D adaptés à la zone.
• Documentation : consigner toutes les mesures par écrit avant le début de l'activité, et les mettre à jour en cas de modification importante.

Le document relatif à la protection contre les explosions (DRPCE) est obligatoire selon l'article R4227-52 du Code du travail. Il est intégré au document unique d'évaluation des risques. Moins une installation rejette de poussière, plus les zones ATEX sont petites.

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Quel rôle joue l'installation d'aspiration ?

Une installation d'aspiration industrielle capte la poussière là où elle se forme. La concentration dans le hall reste ainsi sous la LIE et aucune couche ne se dépose sur les poutres et les machines. Dans le même temps, l'aspiration garde l'air propre et le poste de travail sain.

L'installation d'aspiration est elle-même un point à risque. La poussière fine s'accumule en permanence dans le filtre, dont l'intérieur est souvent classé en zone 20. Une installation d'aspiration certifiée ATEX combine le captage de la poussière avec l'évent du filtre, le découplage des conduites et des composants mis à la terre et conducteurs.

L'efficacité d'une installation d'aspiration centrale pour halls de production dépend de la précision avec laquelle points de captage, réseau de conduites et filtre sont adaptés à votre poussière.

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