Chapitre II
ETUDE DES EFFETS DOMINOS
INTERNES
34
II. ETUDE DES EFFETS DOMINOS INTERNES
Dans ce chapitre nous allons tout d'abord essayer de
détailler le process d'extraction des gaz de l'air qui se fait au sein
de LGA afin de comprendre les risques qui peuvent en découler. Nous
allons ensuite réaliser une critique de l'étude de danger pour
faire ressortir les manques qui peuvent exister en matière de
sécurité.
II.1 Compréhension du process existant à
LGA
II.1.1 Présentation de l'Air Separation Unit
(ASU)
Le site de LGA à Reghaïa est constitué des
ateliers pour la production des différents gaz industriels,
médicaux et mélanges, des ateliers de conditionnement, de la
ré-épreuve, un parc de distribution bouteille, un bloc
administration et de l'ASU. Cette dernière est le coeur de production du
site, en effet elle collecte l'air ambiant afin d'obtenir, grâce à
un procédé industriel, les différents gaz de l'air avec
une grande pureté. A l'issu de ce procédé, l'air est
décomposé en ses composants principaux ; Oxygène, azote et
argon. A partir de cette unité, les gaz liquéfiés seront
redistribués soit vers les ateliers de conditionnement bouteille ou bien
pour la distribution en vrac grâce à des camions citernes qui
pompent ces gaz à l'état liquide directement des
réservoirs de stockage
II.1.2 Description du processus de séparation
d'air
II.1.2.1 Récupération d'oxygène et
d'azote
La séparation de l'air est basée sur un
processus à basse température utilisant des adsorbeurs à
tamis moléculaires pour nettoyer l'air avant sa
pénétration dans la partie à basse température.
La poussière et d'autres particules contenues dans
l'air sont éliminées grâce à un système de
filtre d'air avant que l'air pénètre dans le compresseur
d'air.
Le compresseur d'air qui est entraîné par un
moteur électrique comprime l'air à environ 4,6 bar. Après
le 3ème étage, l'air est refroidi dans un refroidisseur de
sortie, puis refroidi encore à environ 20°C dans un refroidisseur
d'air par l'eau refroidie de l'unité de réfrigération.
L'eau condensée est éliminée de l'air par un
séparateur d'eau en aval de l'unité de
réfrigération. Un treillis en haut de la cuve du
séparateur élimine l'eau atomisée de l'air.
35
Après le séparateur d'eau, l'air traverse l'un
des adsorbeurs à tamis moléculaires où sont
éliminés le CO2, les hydrocarbures potentiellement dangereux et
la vapeur d'eau résiduelle. L'un des deux adsorbeurs fonctionne pendant
que l'autre est en cours de régénération. De l'azote impur
provenant de la boîte froide est utilisé pour la
régénération des adsorbeurs.
Ce gaz est chauffé dans le chauffage électrique
et traverse l'adsorbeur. Le cycle de chauffage est assisté par un
accumulateur de chaleur qui est chargé durant les étapes de
refroidissement, de pressurisation, de changement et de
dépressurisation. Durant le cycle de refroidissement, l'adsorbeur est
refroidi par l'azote résiduaire.
Une fois la séquence de
régénération terminée. L'adsorbeur est
pressurisé avant de passer au cycle d'adsorption.
Le changement de l'étape de
régénération à celle du fonctionnement et
vice-versa est contrôlé par un programme.
Après l'adsorbeur à tamis moléculaire,
une petite partie de l'air sec est nettoyé est prélevé en
tant qu'air instrument.
En aval de l'adsorbeur à tamis moléculaire, la
quantité totale de l'air du processus et l'air recyclé provenant
de la boîte froide sont ensuite comprimés à 33 bar par un
turbocompresseur d'air de recyclage à 3 étages avec
refroidissement. Après le dernier étage du compresseur de
recyclage, l'air est refroidi dans un refroidisseur de sortie, puis
comprimé encore à 49,6 bar par l'unité de
compresseur/surpresseur à turbine de détente. Le flux de
recyclage en aval du compresseur-surpresseur est ensuite refroidi dans un
refroidisseur de sortie par de l'eau de refroidissement, puis refroidi encore
par l'eau refroidie de l'unité de réfrigération dans le
refroidisseur.
La quantité totale d'air comprimé
pénètre dans la boite froide où elle est refroidie par les
flux de produit froids en tant qu'azote résiduaire, azote basse pression
et sous pression, oxygène et une partie d'air de recyclage dans le
principal échangeur de chaleur.
Une partie de l'air comprimé quitte le centre de
l'échangeur de chaleur avec une température de -70°C. Ce
flux est détendu dans la turbine de détente et
génère la réfrigération requise pour le processus
cryogénique. En aval de la turbine de détente, ce flux est
divisé. Une partie est dirigée vers la colonne de pression et
l'autre partie est recyclée vers le compresseur de recyclage.
36
L'autre partie de l'air comprimé est ensuite encore
refroidie jusqu'à sa température de liquéfaction et
directement détendu vers la colonne de pression.
Les produits traversant l'échangeur de chaleur
principal sont chauffés à environ 30°C par l'air du
processus à contre-courant.
Dans la colonne de pression, l'air du processus est
pré-séparé en liquide enrichi en oxygène au fond et
en azote pur en haut. Le reflux requis pour la rectification est
généré par la condensation de l'azote gazeux contre
l'oxygène bouillant dans le condenseur généré par
la condensation de l'azote gazeux contre l'oxygène bouillant dans le
condenseur. Une partie de l'azote liquide sert de reflux pour la colonne de
pression, la partie restante est sous-refroidie dans le sous-refroidisseur et
alimente la colonne basse pression dans laquelle elle sert de reflux.
L'azote liquide en excédent est dévié du
haut de la colonne basse pression et envoyé dans le réservoir de
stockage.
Une petite partie de l'azote gazeux sous pression est
prélevée en haut de la colonne de pression et sert de gaz de
purge et d'étanchéité pour l'unité de
séparation d'air (ASU).
Une partie d'air liquide est prélevée d'un
collecteur séparé dans la colonne de pression, puis
sous-refroidie. Elle à améliorer la rectification dans la colonne
basse pression.
Le liquide enrichi en oxygène du fond de la colonne de
pression est également sous-refroidi dans le sous-refroidisseur et
l'évaporateur d'argon puis est détendu dans le condenseur d'argon
brut. Le liquide enrichi en oxygène sert de réfrigérant
pour le condenseur d'argon brut et pour le condenseur d'argon pur. Le liquide
en excédent du condenseur d'argon brut s'écoule par le trop-plein
dans la colonne basse pression en tant qu'alimentation d'oxygène.
Dans la colonne basse pression, la séparation finale en
oxygène liquide pur a lieu, en tant que produit inférieur et
azote gazeux en haut de la colonne. Le produit d'oxygène liquide
prélevé au fond la colonne basse pression est pompé par
une pompe cryogénique et divisé en deux flux.
L'un des flux est directement dirigé via le
sous-refroidisseur vers le réservoir de stockage d'oxygène.
L'autre flux est introduit dans le condenseur. Une partie de l'oxygène
gazeux prélevé dans le condenseur devient du gaz
résiduaire d'oxygène et quant à l'autre alimente dans la
colonne basse pression.
37
Le gaz d'azote pur en haut de la colonne basse pression est
réchauffé dans le sous-refroidisseur et l'échangeur de
chaleur principal, puis quitte la boite froide en tant que produit LP-GAN, mais
la conduite de produit LP-GAN est aveugle et s'échappe via la conduite
d'évacuation de produit et le silencieux.
Le gaz résiduaire d'azote de la colonne basse pression
est réchauffé dans le sous refroidisseur et l'échangeur de
chaleur principal et sert à régénérer les
absorbeurs à tamis moléculaires. Ensuite le gaz résiduaire
est évacué dans l'atmosphère.
II.1.2.2 Récupération
de l'argon brut et pur :
Le gaz d'argon enrichi est dévié de la colonne
basse pression et alimente le bas de la colonne d'argon brut T4110 où le
gaz est séparé en liquide enrichi en oxygène en bas et en
gaz enrichi en argon en haut. Le liquide dans le fond retourne dans la colonne
basse pression.
Le gaz d'argon brut en haut va vers la colonne d'argon brut
T4111 et se liquéfie dans sa totalité dans le condenseur d'argon
brut contre l'air liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne de
pression. Le liquide d'argon brut sert de reflux pour la colonne d'argon brut
T4111.
Le liquide du fond de T4111 est pompé vers la colonne
d'argon brut T4110 où il sert également de reflux. Environ 3,4%
du gaz d'argon brut en haut est dévié en tant que gaz et est
ensuite dirigé vers la colonne d'argon pur. La concentration
d'oxygène de l'argon brut répond déjà aux
spécifications pour le produit argon (<1 vppm de gaz
oxygène).
Dans la colonne d'argon pur, l'azote est séparé
de l'argon brut. L'argon gazeux contenant de l'azote se liquéfie dans le
condenseur d'argon pur contre l'air liquide enrichi du condenseur d'argon brut.
L'azote est évacué dans l'atmosphère, l'argon
liquéfié sert de reflux pour la colonne d'argon pur. En bas de la
colonne d'argon pur, l'argon pur liquide est rebouillit dans
l'évaporateur d'argon et sert de gaz ascendant dans la colonne d'argon
pur. Le liquide en excédent est dévié en tant qu'argon
liquide (LAR) vers le réservoir d'argon.
II.2 Critique de l'étude de danger
L'étude de dangers (EDD) est un principe de la
sécurité industrielle et surtout une exigence
réglementaire régit par le décret exécutif
numéro 06-198, dont un préalable est l'inventaire des
38
objets et activités avec leurs dangers
intrinsèques. C'est un bon moyen d'obtenir des informations sur les
activités de l'entreprise et les risques identifiés au sein de
cette dernière ainsi que les réponses apportées aux
exigences réglementaires. Nous commencerons donc le travail par une
critique de l'étude de danger. Cela nous permettra également
d'apporter notre contribution aux éventuels manques de
l'étude.
II.2.1 Contenue de l'étude de danger :
L'étude de danger a pour objet de préciser les
risques directs ou indirects par lesquels l'activité de
l'établissement classé met en danger les personnes, les biens et
l'environnement, que la cause soit interne ou externe.
L'étude de danger doit permettre de définir les
mesures d'ordre technique propre à réduire la probabilité
et les effets des accidents ainsi que les mesures d'organisation pour la
prévention et la gestion de ces accidents.
II.2.2 Cadre réglementaire
algérien
En Algérie c'est le décret exécutive
n°06-198 du 4 Joumada El oula 1427 correspondant au 31 mai 2006 qui
définit la réglementation applicable aux établissements
classés pour la protection de l'environnement (ICPE) [11].
Ce décret comporte deux articles, 14 et 28, portant sur
les EDD. Selon l'article 14 de ce décret, l'EDD doit comporter les
éléments suivants [6] :
- Présentation générale du projet ;
- Description de l'environnement immédiat du projet et
du voisinage potentiellement affecté en cas d'accident comprenant les
données physiques (géologie, hydrologie,
météorologie et les conditions naturelles) et les données
socio-économiques et culturelles (population, habitat, occupation des
sols, activités économiques, voies de communication ou de
transport et aires protégées) ;
- Description du projet et ses différentes
installations (implantation, taille et capacité, accès, choix du
procédé retenu, fonctionnement, produits et matières mises
en oeuvre...) en se servant au besoin de cartes (plan d'ensemble, plan de
situation, plan de masse, plan de mouvement ...) ;
39
- Identification de tous les facteurs de risque
générés par l'exploitation de chaque installation
considérée. Elle doit tenir compte non seulement des facteurs
intrinsèques propres aux installations mais également à
l'environnement auquel la zone est exposée ;
- Analyse des risques et des conséquences au niveau de
l'établissement classé afin d'identifier de façon
exhaustive les événements accidentels pouvant survenir. Leur
attribuer une cotation en terme de gravité et de probabilité
permettant de les hiérarchiser avec la méthode
d'évaluation des risques utilisée pour l'élaboration de
l'étude de danger ;
- Analyse des impacts potentiels en cas d'accidents sur les
populations (y compris les travailleurs au sein de l'établissement),
l'environnement ainsi que les impacts économiques et financiers
prévisibles;
- Modalité de prévention des accidents majeurs
et du système de gestion de la sécurité et des moyens de
secours.
Suivant l'article 28 du décret exécutif
n°06-198, l'EDD a pour objectif de [6]:
- Préciser les risques directs ou indirects par
lesquels l'activité de l'établissement classé met en
danger les personnes, les biens et l'environnement, que la cause soit interne
ou externe ;
- Définir les mesures d'ordre technique propres
à réduire la probabilité et les effets des accidents ainsi
que les mesures d'organisation pour la prévention et la gestion de ces
accidents ;
- Procéder à l'information préventive sur
les risques du public, du personnel et des exploitants des installations
voisines ;
- Favoriser l'émergence d'une culture du risque au
voisinage des établissements ; - Servir de base à
l'élaboration des règles d'urbanisation et des plans
d'urgence.
II.2.3 Démarche de l'analyse critique des
EDD
Dans cette partie nous allons exposer les différentes
étapes constituant notre démarche de l'analyse critique des
EDD.
Les différentes étapes d'une critique d'EDD sont
résumées dans la figure II-1.
Etude des insuffisances
relevées par les
services
de la protection civile
Identification des
principales insuffisances
des EDD
Formulation des
insuffisances sous
forme
d'écarts
Réduction/Elimination des écarts
40
Figure II-1 : Etapes de la critique d'une EDD
Les étapes de la démarche sont
développées ci-dessous [7] :
Étape 1 : Etude des insuffisances relevées par
les services de la protection civile
Afin de mieux cibler notre critique nous allons nous baser sur
des statistiques réalisées par les services de la protection
civile au sujet des non conformités récurrentes dans les EDD
déposées.
Étape 2 : Identification des principales insuffisances
des EDD
Dans cette étape, nous avons caractérisé
toutes les insuffisances du contenu de l'EDD, par rapport à ce qui a
été mentionné dans l'article 14 du décret
exécutif 06-198. Les insuffisances sont classées dans un tableau
en fonction des chapitres développés dans l'EDD.
Étape 3 : Formulation des insuffisances sous forme
d'écarts
La classification des écarts s'est faite en fonction des
sous-écarts et des responsables de la mise en oeuvre. Tous les
écarts identifiés ont été classés par
catégorie. Le schéma de la figure 3-2 explique la
répartition de l'écart résultat.
Les types de sous écarts expliqués
précédemment sont :
41
Écart mise en oeuvre : c'est l'écart entre ce
qui a été tracé comme objectif et ce qui a
été fait dans l'étude de danger (le résultat).
Écart contenu : ce sont des chapitres qui n'ont pas
été traités dans l'EDD et qui ont été
essentiellement décrits dans le cadre réglementaire.
Écart réalisation : l'absence de toute
évaluation des risques en utilisant des méthodes d'analyse (APR,
AMDEC, ADD, Noeud papillon...) permettant de faire ressortir des
scénarios plausibles susceptibles de se produire dans une installation
bien déterminée. Cet écart peut être dû suite
au mauvais déploiement d'une méthode d'analyse (la
méthodologie suivit ne correspond pas à celle décrite dans
la bibliographie).
Écart examen et approbation : c'est l'écart qui
correspond aux critères d'examen qui n'ont pas été pris en
considération lors de l'approbation de l'étude de danger.
Figure II-2 Démarche de détermination
des écarts
Étape 4 : Réduction/élimination des
écarts
Cette dernière étape de la critique permet de
nous renseigner sur les mesures à prendre en considération pour
avoir une étude de danger conforme à la réglementation en
vigueur.
42
II.2.4 Application de l'analyse critique de
l'EDD
Étape 1 : Etude des insuffisances relevées par
les services de la protection civile Les résultats obtenus pour
cette étape sont résumés dans le tableau II-1.
Tableau II-1 : Etat récapitulatif des
dossiers traités par les services de la protection
civile
pour les ICPE
|
Nombre de dossiers
Année traités
|
|
Nombre de Taux de conformité
conformités
|
|
2011
|
3687
|
486
|
13%
|
|
2012
|
3896
|
623
|
16%
|
|
2013
|
5918
|
758
|
13%
|
|
Total : 13501
|
Total : 1867
|
Total : 14%
|
|
Observation : la conformité est délivrée
suite à la visite effectuée par les services de la
|
|
protection civile à la demande du propriétaire
une fois que le projet, objet de l'EIE/EDD, est achevé
|
Statistique de non conformités :
Sur un panel de 35 études de danger
étudiées, les statistiques suivantes ont été
calculées :
Non-conformes;
56%
Conformes; 44%
Figure II-3 Insuffisances de forme
Non-conformes;
80%
Conformes; 20%
43
Figure II-4 : Insuffisances de
fond
Les insuffisances les plus fréquentes relevées de
cette étude sont l'omission des références de grilles,
l'absence d'outils pertinents d'analyse de risque, le passage d'analyse
qualitative à l'analyse quantitative ou encore l'absence de
critère d'acceptabilité
Étape 2 : Identification des principales insuffisances de
l'étude de danger LINDE GAS Reghaia. Les insuffisances relatives
à chaque chapitre de l'EDD sont relevées dans le tableau II-2.
Tableau II-2 : Résumé de la critique
de l'EDD
|
Contenu requis
|
Contenue de l'EDD
|
Ecart
|
|
Résumé non technique
|
Pas de résumé non
technique
|
Absence du résumé non
technique dans l'étude de
danger
|
|
Description générale du
projet
|
Description du projet
|
/
|
|
Description du projet et de ses installations
|
Activités, capacités,
utilités, plan de masse,
description des locaux,
plan de situation,
processus de production
|
Absence de l'accidentologie de ce type d'entreprise et de la
politique HSE de LGA
|
|
Description de
l'environnement
|
Géographie, géologie,
pédologie, population,
climat, faune et flore
|
-La répartition de la
population dans le projet
et dans la commune n'est pas mentionnée.
-La description des industries avoisinante est inexistante or
LGA est à proximité très réduite d'autres
entreprises à
|
44
|
|
haut risque
|
|
Identifications des facteurs de risque
|
Risque général des
produits contenus dans
l'entreprise
|
Absence de facteurs de
risques intrinsèques propres
aux installations mais
également à
l'environnement auquel la zone est exposée. L'origine des risques
majeurs
identifiés n'est pas
mentionnée.
Les conditions d'occurrence des risques majeurs ne sont pas
citées.
|
|
Analyse du risque
|
Le document contient un
historique d'accident
d'entreprises utilisant un des
produits que LINDE produit
|
-L'étude ne contient aucune analyse des risques ni
même
d'analyse préliminaire des
risques (APR)
- Aucun scénario d'accident n'a été
réalisé
-Absence de cotation du
risque (probabilité,
gravité)
-Absence de méthode
d'analyse des risques qu'elle
soit qualitative ou
quantitative.
|
|
Évaluation des risques
majeurs
|
X
|
Aucune analyse des risques majeurs n'a été
effectuée
|
|
Modalité de prévention des
accidents majeurs et du
système de gestion de
la sécurité
|
Description de moyens de
lutte anti incendie et
quelques mesures
préventives
|
-Aucune mesure de réduction de risques adéquate
proposée.
|
45
Étape 3 : Formulation des insuffisances sous forme
d'écarts
Les écarts soulevés sont essentiellement des
écarts de contenus et des écarts de réalisation
(Figure II-5).
Type d'écart Chapitre concerné
Écart contenu
Écart réalisation
Description du projet et de ses installations
Modalité de prévention des
accidents
majeurs et du système
de gestion de la
sécurité
Identifications des facteurs de
risque
Analyse du risque
Évaluation des risques majeurs
Résumé non technique
Description de l'environnement
Figure II-5 : Schéma représentant les
types d'écarts relevés
46
Étape 4 : Réduction/élimination des
écarts
Cette étape serra partiellement réalisée
car l'objectif global de notre étude n'est pas l'amélioration de
l'étude de danger, mais la réalisation d'une méthode pour
l'étude des effets dominos. Une grande partie de sa réalisation
sera néanmoins acquise grâce aux résultats de
l'étude qui sera effectuée.
A travers les deux étapes précédentes
nous avons pu mieux cerner les caractéristiques de LGA, ce qui nous a
permis de faire ressortir entre autre les zones critiques. Toutefois afin de
pouvoir identifier les événements les plus susceptibles de
créer des accidents dominos, nous allons nous référer
à une analyse de l'accidentologie.
II.3 Analyse de l'accidentologie
Contrairement à la plupart des autres branches de la
science et de la technologie, dans laquelle des expériences
reproductibles fournissent la base pour la construction d'un cadre
théorique, il est très difficile de réaliser de telles
expériences dans le domaine de la prévision et la
prévention des accidents.
Cette situation donne une grande importance à l'analyse
des accidents passés dans l'industrie. Elle se fait par la
reconstruction minutieuse des événements et l'identification de
leurs évènements déclencheurs, la séquence, et
leurs conséquences. Ce qui peut donner lieu à des études
comme la nôtre très utiles à l'élaboration de
stratégies de prévention des accidents.
Comme la majorité des accidents majeurs dans le
passé ayant causé un préjudice important pour les vies
humaines et d'autres ressources ont impliqué un effet domino, nous nous
sommes basés dans cette étude sur les exemples de plus de
224 accidents.
II.3.1 Présentation du logiciel R
RStudio est un environnement de développement gratuit,
libre et multiplateforme pour R, il utilisé pour le traitement de
données et l'analyse statistique. Il est disponible sous la licence
libre AGPLv3, ou bien sous une licence commerciale, soumise à un
abonnement annuel.
47
RStudio est disponible en deux versions : RStudio Desktop,
pour une exécution locale du logiciel comme toute autre application, et
RStudio Server qui, lancé sur un serveur Linux, permet d'accéder
à RStudio par un navigateur web. Des distributions de RStudio Desktop
sont disponibles pour Microsoft Windows, OS X et GNU/Linux.
RStudio a été écrit en langage C++, et
son interface graphique utilise l'interface de programmation Qt.
RStudio intègre la possibilité d'écrire
des notebooks combinant de manière interactive du code R, du texte mis
en forme en markdown et des appels à du code Python ou Bash [8].
Figure II-6: Image de l'interface du logiciel
R
II.3.2 Méthodologie
II.3.2.1 Acquisitions des données
Les accidents recueillis proviennent de la base de données
ARIA et sont classés dans des tableaux dont le contenu des colonnes est
comme suit :
48
Numéro ARIA
|
Code NAF
|
Pays
|
Département
|
Commune
|
Type Accident
|
Type
évènement
|
Matières
|
|
Equipements
|
Classe de
danger
|
Causes profondes
|
Causes premières
|
Conséquences
|
Echelle
|
URL
|
Contenu
|
|
CLP
|
|
|
|
|
|
|
II.3.2.2 Traitement des données
Les données qui ont été jugées utiles
et prises en considération sont :
Numéro ARIA
Type accident
Matières
Causes
Conséquences humaines
Conséquences économiques
Conséquences environnementales
Rejets
Les données retenues sont nommées comme suit :
Tableau II-3 : Appellation des données
retenues
|
Numéro ARIA
|
acc_num_year
|
|
Type accident
|
type_acc
|
|
Matières
|
source_produit
|
|
Causes
|
cause
|
|
Conséquences humaines
|
cons_hum_ARIA
|
|
Conséquences économiques
|
cons_eco_ARIA
|
|
Conséquences environnementales
|
cons_envi_ARIA
|
|
Rejets
|
rejet_matière_ARIA
|
A noté que le code écrit pour la visualisation de
toutes les données comporte plus de 273 lignes.
II.3.2.3 Visualisation :
Les figures II-7 à II-11, représentent les
statistiques relatives aux types d'accidents, aux conséquences en
fonction des types d'accidents, aux types d'accident en fonction des causes,
aux types de produits mis en cause, et aux types de substances dangereuses
impliquées dans les événements dominos.
Figure II-7 : Statistiques sur les types
d'accidents
49
1 0 -
a s-
0-
10-
5 -
0 -
kttsi nte à i
·i ntégrité
d'u ne Ga atr+
6LEVE ExplGsion Incendie Presque accident ejet insta
ntarf jet proIong$
tyrreaLCG
1 0
s
o
1 0 -
s -
O
1 0 -
s-
0-
count
I 1 2.5 -I 0.0 7.5 5.0
2.5
50
Figure II-8 : Statistiques sur les
conséquences en fonction des types d'accidents
Ss
Figure II-9 : Statistiques sur les types d'accident
en fonction des causes
51
Figure II-10 : Statistiques sur les types de produits
mis en cause
52
Toxique
4%
Autres
7%
Inflammable
89%
53
Figure II-11 : Types de substances dangereuses
impliquées dans les événements dominos
Commentaire : Les substances
inflammables sont associées à une très grande fraction
(89%) de tous les événements dominos (Fig.
II-11). Les produits pétroliers, hydrocarbures en aval et
explosifs en phase condensée sont les substances les plus couramment
impliquées. Les produits non-inflammables ont également
provoqué des événements à effets dominos majeurs,
comme ce fut le cas à Milligan, États-Unis en 1979 et à
Chogging (Chine) en 2004; les deux impliquant le chlore. Même un produit
extincteur comme le CO2 a été associé à des effets
dominos, comme ce fut le cas à Repcelak, en Hongrie, en 1969. Une des
explosions majeures ayant eu lieu lors de la catastrophe de la raffinerie de
Skikda, en Algérie en 2004 a été, selon tous les comptes
rendus, causée par l'eau (surchauffe; explosion de chaudière).
Feu
43%
Explosion
57%
54
Figure II-12 : Types d'accidents primaires
(initiateurs) impliqués dans les cas enregistrés
d'effets
dominos
Commentaire : Types d'accidents les plus
susceptibles de précipiter un effet domino
Les événements enregistrés dans cette
étude révèlent que l'explosion est la cause la plus
fréquente d'effet domino, suivie du feu (Fig. II-12).
C'est une statistique intéressante car, parmi les accidents
isolés, la fraction la plus importante est celle du feu [9] [10]. Une
explication de cette curieuse déviation dans les
événements de dominos provient des données sur des types
spécifiques d'explosions et d'incendies impliqués.
Jet Fire
39%
VCF
12%
Pool Fire
49%
Figure II-13 : Types d'incendies impliqués
dans le déclenchement de l'effet domino
Explosion physique
10%
Explosion de poussiére
6%
VCE
84%
55
Figure II-14 : Types d'explosions responsables du
déclenchement de l'effet domino.
Commentaire : Dans un grand nombre de
références le type d'explosion ou de feu n'a pas
été précisé, mais parmi les
références où il l'a été, la distribution
est comme celle représentée dans les figures II-13 et II-14.
Parmi les dominos événements déclenchés par un
incendie (Fig. II-13), la cause la plus fréquente a
été le pool fire (feu de nappe 80%), suivi de VCF (feu de nuage
de vapeur 12%). Parmi les événements dominos initiés par
une explosion, le VCE (explosion de nuage de vapeur) a été la
cause la plus fréquente (Fig. II-14). Ainsi, il peut
être dit que, dans l'ensemble, les fuites de substances inflammables
générant des VCF / VCE sont la cause la plus fréquemment
responsable de l'effet domino dans l'industrie de transformation. Une
enquête sur l'historique des accidents révèle
également que même si le BLEVE est rarement l'initiateur
d'accident dans une séquence de dominos, il est très souvent le
résultat d'un VCF / VCE, et il devient un puissant propagateur de la
chaîne des accidents comme cela s'est produit, par exemple, à Port
Newark, aux États-Unis, en 1951; Feyzin, en France, en 1966; et Mexico,
Mexique, en 1984.
56
Etant dans une entreprise où il y a des installations
fixes dangereuses et également énormément de transport de
produits par des camions, il est intéressant d'étudier les
pourcentages d'accidents pouvant être initiés par ces types
d'installations, et lors du transport.
Transport
20%
Instalation fixe
80%
Figure II-15 : Événements Dominos
survenant dans des installations fixes et pendant le
transport.
Les quatre cinquièmes de tous les
événements impliquant des effets dominos passés ont eu
lieu sur des installations fixes (Fig. II-15). Parmi les 20%
d'accidents survenus pendant le transport, la plus grande partie est survenue
sur les routes suivies de près par les événements
ferroviaires; et pipelines.
Conclusion :
Les trois étapes précédentes ont fait
ressortir deux événements qui sont l'incendie et le VCE ainsi que
2 unités critiques concernés : le parc bouteilles
d'acétylène et l'atelier CCAM . Nous allons donc nous pencher sur
la partie calcul de ces événements redoutés.
57
II.4 Application de la méthode :
L'analyse de l'accidentologie ainsi que de l'étude de
danger et donc des spécificités de Linde Gas Algérie nous
permettent de faire ressortir les événements primaires suivants
:
Tableau II-d : Evénements primaires
retenus
|
Evénement primaire
|
Unité concernée
|
|
VCE
|
Parc bouteilles acétylène
|
|
Atelier CCAM (112)
|
|
Incendie
|
Parc bouteilles acétylène
|
|
Atelier CCAM (112)
|
Le choix de ces événements c'est fait
également au vu des caractéristiques très dangereuses de
ces deux gaz (Tableaux II-5 et II-6).
Tableau II-5 : Comparaison des températures d'auto
inflammation et d'énergie min d'inflammation
de différents gaz
58
Tableau II-6 : Vitesse de combustion laminaire des gaz
combustibles
Afin de déterminer les causes et les
probabilités d'occurrences des événements primaires
retenus, nous allons réaliser des arbres de causes.
II.4.1 Les arbres de défaillances
L'arbre de défaillances est une technique
d'ingénierie très utilisée dans les études de
sécurité et de fiabilité des systèmes. Cette
méthode, aussi appelée arbre de pannes ou arbre de fautes,
consiste à représenter graphiquement les combinaisons possibles
d'événements qui permettent la réalisation d'un
événement indésirable prédéfini. L'arbre de
défaillances est ainsi formé de niveaux successifs
d'événements qui s'articulent par l'intermédiaire de
portes logiques. En adoptant cette représentation et la logique
déductive (allant des effets vers les causes) ainsi que la logique
booléenne qui lui est propre, il est possible de remonter d'effets en
causes de l'événement indésirable à des
événements de base, indépendants entre eux et
probabilisables.
59
II.4.2 Présentation du logiciel
Arbre Analyste est conçu par des ingénieurs
spécialistes du domaine de la sûreté de fonctionnement dans
le but de proposer un outil qui réponde aux mieux aux besoins des
études.
L'interopérabilité est primordiale si on souhaite
capitaliser les études de Sûreté de fonctionnement. Arbre
Analyste respecte le standard Open-PSA permettant ainsi de s'assurer d'une
parfaite interopérabilité.
Les algorithmes de calculs s'améliorent et
entraînent donc des évolutions dans les moteurs de calculs. Arbre
Analyste utilise le moteur XFTA permettant ainsi de profiter des
dernières évolutions en la matière.
Arbre Analyste est libre d'utilisation. Il peut être
téléchargé, distribué et utilisé sans aucune
limite.
Comment fonctionne Arbre-Analyste ?
Arbre-Analyste est construit autour de deux piliers : ?
Open-PSA
Le format d'enregistrement utilisé respecte le standard
Open-PSA. Open-PSA définit un formalisme XML permettant de
décrire un arbre de défaillance. Il a pour but une
interopérabilité complète.
? XFTA
Le moteur de calcul utilisé pour effectuer les analyses
probabilistes des arbres de défaillances est XFTA. Il est
développé par M. Rauzy [11].
Les arbres construits ont donné les résultats
représentés sur les figures II-16 à II-19.
* Moteur de calculs XFTA
|
|
Temps de missio-n: 111 Porte de tète: P6 J Lime:
|
|
Calculer
|
|
|
|
|
|
Résumé
|
Importance
|
l Coupes pes minimales
|
Probabilités
|
I Sensibilité
|
|
|
Po-rte de tète emps de missio-n Probabilité
|
P6
0.1
7.9e-05
7.86e-0.5 0,0e+00
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Défiabilitésystème Lambda système
MTTFsystème
Du rée dindispan ibilité
réparable: No-mbre de pannes MTTRsystème MTBF
système
7.857e-136
|
no-ne 0,0e+00
no-ne no-ne
no-ne no-ne no-ne
d 0e+00
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Indis
onibilit Défiabilit Fréquene
|
|
0,0e+00
0
|
0 0.03
|
0.04
|
|
0.06
:xm 0.09
|
l
0.1
|
Figure II-16 : Probabilité d'occurrence d'une
explosion de bouteille d'acétylène calculée par Arbre
Analyste
'bhhh.opsa - Arbre Analyst - Logiciel d'analyse de
Sùreté de fonctionnement Fichier Edition Pages Zoom
Données Calculs Modules Aide
aldlâcAlialhr}I3IGtG0ÿl.l
·01Q 9 a
P6
Explosion dune bouteille dacêthylène
T4I.1
7.9e05 F.1.OeOoe
P4
Surpression
|
P5
Combustion intern e
E183
|
F2
Echauffement de la bouteille
Déclaration dun feu
·
P1
El
Défaillance du système d'arrosage
E691
Manque d'acéton e dans la bouteille
·
15.23e-05
E685
Matière poreuse utilisée
détériorée
·
E172
Pompe défectueuse
·
y=.6oee.03
Retour de flamme â rintérieur de la bouteille
·
}2.30=--05
E173
Plus d'eau dans le bassin
·
E671 r1 .60e-03
Pulvérisateur Beau bouché
·
1=1.oee03
Page
A- Last of water pumpir B - Lost of electrical distributic C
- Failure of componen
61
Figure II-17 : Arbre de défaillance d'une
explosion de bouteille d'acétylène
Limite:
Calculer
Porte de tète: P093
Temps de mission: 1
Moteur de calculs XFTA
u
Résumé (Importance Coupes minimales
Probabilités Sensibilité
|
Porte de tète
|
P493
1 7.1e-04
4.{}44746 0.Oe+00
none 0.Oe+00
none none
4.44746
none none none
0.0e+ 00
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Temps de mission Probabilité
Défiabilitésystème Lambda système
MTTEsystème
Durée d'indisponibilité
Système réparable: Nombre de pannes
MTTRsystème MTBFsystème
|
|
|
|
|
|
|
|
|
In
|
d isp uni b il it Défie b il it Fréquenc
|
|
0.0e+000~y0~y
00
|
/ry
01 )3 0
|
/y
4 05
|
_ .Ix
|
'}}9'}
V1
|
y ~y
1.V
|
62
Figure II-18 : Probabilité d'occurrence
d'une fuite sur une bouteille calculée par Arbre
Analyste
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'bhhh.opsa - Arbre Analyst - Logiciel d'analyse de
SLreté de fanctionnemen Fichier Edition Pages Zoom Données
Calculs Modules Aide
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q lâlârAlielgPl1] C ,rÿlefF1' 1g4;A
E
|
q
|
q
|
q
|
q
|
q
|
q
|
q
|
q
|
q
|
q
|
P098
Fuite dune bouteille (H2 où H2 )
T=1r)
q =7.1 e04
F=0.0e+00
|
|
|
|
|
|
|
|
E097
|
|
|
|
|
|
E095
|
|
Bouteille deféctueuse
|
|
|
E096
|
|
Robinet défaillant
|
|
·
|
|
|
|
|
|
y=1.00e-45
|
|
Erreur humaine où sabotage
|
|
·
y=3.00e-45
|
|
|
E094
|
|
Impacte du â un choc sur la bouteille
|
· y=6 56e-04
|
|
y=1 00e-05
63
|
|
|
|
|
|
Pagel Page a I-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A - Lost of water pumpi
|
|
0 - Lost of efectricaf distributi
|
|
C- Failure of compone
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Figure II-19 : Arbre de défaillance d'une
fuite de bouteille
64
Les arbres de défaillance ont permis de faire ressortir
deux probabilités qui sont celle de l'explosion d'une bouteille
d'acétylène qui est de 7.9*10-5 et celle d'une fuite
d'une bouteille qui est de 7 .1*10-4 que nous utiliseront plus tard
dans nos calculs.
L'étape suivante est donc la simulation des effets
engendrés par les événements primaires
identifiés.
Les simulations permettront entre autres, l'élaboration
d'une carte des effets physiques mais également, grâce à la
comparaison des valeurs obtenues par rapport aux seuils d'escalade, à
évaluer les vecteurs d'escalade et déduire s'il y aura
propagation des effets ou non.
Ces mêmes valeurs seront ensuite comparées aux
seuils limites pour les personnes et les structures afin d'estimer la
gravité de l'accident à effet domino à travers le calcul
des indices de risques développés plus tard.
Les seuils des effets de radiation thermique sur l'homme et
les structures, référencés dans la littérature sont
donnés dans les tableaux II-7 et II-8.[12]
Tableau II-7 : Seuils des effets de radiation
thermique sur l'homme
|
Types d'effets constatés Flux
radiatifs
(kw/m2)
|
|
Durée du phénomène > 2min
|
Létaux
|
|
|
5
|
|
Irréversibles
|
|
|
3
|
|
Durée du phénomène < 2min
|
Létaux (100 %)
|
|
|
6000-7000
|
|
Brûlures du 3ème degré superficielles
|
|
|
2600
|
|
Létaux (50 %)
|
|
|
2000 - 2200
|
|
Brûlures du 2éme degré
sévères
|
|
|
1200
|
|
Létaux (1 %)
|
|
|
1000
|
|
Irréversibles
|
|
|
600
|
|
Brûlures superficielles
degré
|
du
|
2éme
|
700
|
|
Brûlures du 1er degré
|
|
|
200
|
|
|
|
|
|
Seuil de douleur
|
|
|
85
|
65
Tableau II-8 : Seuils des effets de radiation
thermique sur les structures
|
Dégâts constatés Flux de
radiation thermique (Kw/m2)
|
|
Bris de vitres
|
5
|
|
Apparitions d'un risque d'inflammation pour les
matériaux
combustibles en présence d'une source d'ignition
|
10
|
|
Limite de tenue des structures pour une exposition
prolongée, hors structure béton
|
16
|
|
Tenue du béton pendant plusieurs heures
|
20
|
|
Auto-inflammation du bois
|
35
|
|
Propagation du feu à des réservoirs de stockage
d'hydrocarbures, même refroidis
|
36-100
|
|
Rupture ou destruction des éléments en acier
|
100
|
|
Ruine du béton en quelques dizaines de minutes
|
200
|
Les seuils des effets de surpression sur l'homme et sur les
structures, référencés dans la littérature, sont
donnés dans les tableaux II-9 et II-10.
Tableau II-9 : Seuils des effets de surpression sur
l'homme
Types d'effets constatés Surpression (mbar)
|
Effets irréversibles indirects
|
20
|
|
Effets Irréversibles directs
|
50
|
|
Effets létaux indirects
|
150
|
|
Détérioration des tympans
|
340
|
|
Effets létaux directs
|
1000
|
Tableau II-10 : Seuils des effets de surpression
sur les structures
|
Dégâts constatés Surpression
(mbar)
|
|
Destruction de 10% des vitres
|
20
|
|
Dégâts légers aux structures et
destruction de 75% des vitres
|
50
|
|
Destruction totale des vitres et démolition partielle
des structures
|
70
|
|
Dommages mineurs aux structures métalliques
|
100
|
|
Effondrement partiel des murs
|
140
|
|
Limite inférieure des dégâts graves aux
structures
|
160
|
|
Destruction de 50% des murs en brique ou parpaing
|
170
|
|
Destruction des bâtiments légers en charpente
métallique, rupture des réservoirs de stockage, rupture des
structures autoporteuses industrielles (seuil d'effet dominos)
|
200
|
66
Rupture de canalisation, destruction des poteaux
|
350
|
|
Renversement des wagons chargés, destructions des murs
en brique d'une épaisseur de 20 à 30 cm
|
500
|
|
Destruction des murs en béton armé, dommage
graves des machines situées dans les bâtiments industriels.
|
700
|
|
Destructions totale des structures
|
830
|
Les seuils d'escalade, causés par la surpression et la
radiation thermique, sont donnés dans le tableau II-11.
Tableau II-11 : Seuils d'escalade, causés
par la surpression et la radiation thermique
|
Vecteur d'escalade
|
Equipement cible
|
Seuil d'escalade
|
|
Radiation thermique
|
Atmosphérique
|
15 kW.m-2 durant 10 min
|
|
Pressurisé
|
50 kW.m-2 durant 10 min
|
|
Surpression
|
Atmosphérique
|
22 kPa
|
|
Pressurisé
|
17 kPa
|
|
Allongé (toxique)
|
16 kPa
|
|
Allongé (inflammable)
|
31 kPa
|
|
Auxiliaire (toxique)
|
37 kPa
|
|
Auxiliaire (inflammable)
|
Non disponible dans la littérature
|
II.4.2.1 Evaluation des effets
II.4.2.1.1 Evénement primaire 1 : VCE au niveau de
l'atelier CCAM
L'événement prit en considération est la
fuite d'une bouteille d'hydrogène. Pour faire ressortir les causes
pouvant mener à cet événement, nous allons rassembler les
informations de base sur l'hydrogène afin de les étudier et faire
ressortir une APR.
Caractéristiques de l'hydrogène :
Dangers physiques : Gaz inflammable -Catégorie 1 -Danger
(H220) ; Gaz sous pression -Gaz comprimé.
Mention de danger : H220 : Gaz extrêmement inflammable ;
H280 : Contient un gaz sous pression; peut exploser sous l'effet de la
chaleur.
Mentions de mise en garde-Prévention :
67
P210 : Tenir à l'écart de la chaleur/des
étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. Ne pas fumer
-Intervention :
P377 : Fuite de gaz enflammé : Ne pas éteindre si
la fuite ne peut être arrêtée sans risque ; P381 :
Éliminer toutes les sources d'ignition si cela est faisable sans
danger.
Risques spécifiques : L'exposition prolongée au
feu peut entraîner la rupture et l'explosion des récipients.
Manipulation : Prendre des mesures de précaution contre
les décharges électrostatiques. Empêcher l'aspiration d'eau
dans le récipient. Purger l'air de l'installation avant d'introduire le
gaz. Interdire les remontées de produits dans le récipient.
Utiliser seulement l'équipement spécifié approprié
à ce produit et à sa pression et température
d'utilisation. Contacter le fournisseur de gaz en cas de doute. Maintenir
à l'écart de toute source d'inflammation (y compris de charges
électrostatiques). Se reporter aux instructions du fournisseur pour la
manipulation du récipient.
Stockage : Stocker le récipient dans un endroit bien
ventilé, à température inférieure à
50°C. Entreposer à l'écart des gaz oxydants et d'autres
oxydants.
Matières incompatibles : Peut former un mélange
explosif avec l'air. Peut réagir violemment avec les oxydants. Air,
Oxydant.
Ces informations ont été utilisées pour
construire l'APR suivante :
68
Tableau II-12 : APR sur l'hydrogène au
niveau de l'atelier CCAM
|
Evénements redoutés Conséquences
Barrières de prévention
existantes
|
|
Phénomènes dangereux Barrières de
protection
existantes
|
|
Défaillance d'un
robinet
|
-Perte de confinement
-Emission d'un produit
inflammable à
l'atmosphère
|
Remplacement des robinets des bouteilles tous les 10 ans en
même temps que l'épreuve
|
-Feu de jet
-Explosion UVCE
|
Pas de détection possible
|
|
Défaillance d'un
flexible de
branchement (usure)
|
-Perte de confinement du flexible
-Emission d'un produit
inflammable à
l'atmosphère
|
Changement des flexibles tous les 5 ans
|
-Feu de jet
-Explosion UVCE
|
Pas de détection possible
|
|
Agressions externes
liées au transport :
Enlèvement d'un
cadre non débranché par un chariot
|
-Perte de confinement du flexible
-Emission d'un produit
inflammable à
l'atmosphère
|
-
|
-Feu de jet
-Explosion UVCE
|
Pas de détection possible
|
69
Suite à la construction de l'APR, nous avons
procédé à la simulation des effets. Le modèle
utilisé pour la modélisation PHAST® est le modèle
TNT.
Les données introduites dans le logiciel sont
répertoriées dans le tableau II.13.
Tableau II-13 : Données introduites dans le
logiciel PHAST® pour l'événement primaire « VCE au
niveau de l'atelier CCAM »
|
Combustible
|
Hydrogène
|
|
Quantité
|
10 kg
|
|
Condition météorologique
|
1.5/F,1.5/D,5D
|
|
Rendement de l'explosion
|
50 %
|
|
Distance minimale
|
0
|
|
Distance maximale
|
50 m
|
|
Pas
|
0.2 m
|
Les résultats de la propagation dans les deux cas sont
représentés dans les figures II-20 et II-21.
70
Figure II-20 : Effet de surpression en fonction de
la distance pour l'événement VCE au niveau de l'atelier
CCAM
71
Figure II-21 : Propagation de l'effet de
surpression pour l'événement VCE au niveau de l'atelier
CCAM
Interprétation :
La simulation montre que l'explosion engendrera de graves
effets de surpression. Ainsi nous aurons un ?P = 1 bar qui est l'effet maximal
à environs 14 m tout autour de la zone de l'atelier. Nous aurons
également un ?P = 0.2 bar dans un rayon de 33 m autour de l'atelier.
Cette dernière est la valeur seuil des effets dominos qui engendrent la
rupture des réservoirs de stockage, et la rupture des structures
autoporteuses industrielles. Cet effet touchera aussi les deux
réservoirs d'oxygène liquide et d'azote liquide comme le montre
la figure II-21.
72
II.4.2.1.2 Evénement primaire 2 : Jet fire atelier
CCAM
La même méthodologie a été suivie pour
l'événement primaire 2 : Jet fire dans l'atelier CCAM.
Figure II-22 : Effet de radiation en fonction de la
distance pour l'événement Jet fire au niveau de
l'atelier CCAM
Interprétation :
La simulation montre que la configuration de vent 5/D est la
plus susceptible d'engendrer de forts effets. Les effets de radiation thermique
sont maximaux de 10 à 20 m du lieu du déclenchement du jet fire,
ils atteignent ainsi la valeur de 300 kw /m2 qui est un niveau de
destruction de toutes les structures.
73
On remarque également que le niveau de radiation de 100
kw/m2 qui équivaut à une rupture ou destruction des
éléments en acier est atteint jusqu'à une distance de 45
m.
II.4.2.1.3 Evénement primaire 3 : VCE au niveau du
parc bouteilles
L'évènement qui va maintenant être
étudié est un VCE au niveau du parc bouteilles causé par
la fuite d'une bouteille d'acétylène. Cet événement
a été sélectionné compte tenue de l'analyse de
l'acétylène :
Les bouteilles d'acétylène
La particularité d'une bouteille
d'acétylène est qu'elle continue à rester dangereuse
même si la cause principale du sinistre est traitée (cas d'un
incendie d'atelier mécanique dans lequel ont été
exposées une ou plusieurs bouteilles. Il faudra prendre le plus grand
soin des bouteilles non explosées, une explosion ultérieure
n'étant pas à écarter totalement).
Dans les lignes qui suivent, nous présenteront de
quelle façon l'acétylène est conditionné et la
description de situations accidentelles en tentant d'expliquer les
différents mécanismes mis en jeu.
Au-delà des fiches reflexes existantes, il convient de
bien comprendre ces phénomènes et les paramètres qui les
influencent.
Utilisation de l'acétylène
En dehors de l'industrie chimique, l'acétylène
est très utilisé pour réaliser des soudures ou de la
découpe de métaux. Ainsi, on en trouve dans beaucoup de secteurs.
L'utilisation la plus connue est celle associée à
l'oxygène en plomberie: postes oxy-acétylénique,
constitués d'un ensemble de deux bouteilles en acier, une
d'acétylène et une d'oxygène.
L'acétylène est utilisé, car
associé à l'oxygène, il permet d'obtenir des
températures très élevées permettant la
réalisation de soudure ou de brasure sur tout type de métaux. Les
températures atteintes dépassent les 2500 °C pour les
combustions stoechiométriques dans l'air et peuvent atteindre plus de
3000 °C en association avec de l'oxygène pur. C'est ce qui
constitue également sa dangerosité.
74
Conditionnement
L'acétylène est un composé très
instable, qui ne demande qu'à se décomposer à la moindre
sollicitation (température, pression). Ainsi, son mode de stockage est
différent de celui des autres gaz. On le retrouvera dans des bouteilles
en acier, dissout dans un solvant (comme pour l'eau gazeuse, le CO2 est dissout
dans l'eau). Ce moyen de stockage permet de maintenir une faible pression dans
les bouteilles, comparativement aux autres gaz et à stabiliser le
produit. Le solvant utilisé est très souvent l'acétone,
solvant oxygéné, très inflammable. C'est le solvant
utilisé chez LINDE GAS ALGERIE.
Afin de stabiliser encore le produit et de parer à un
éventuel début de décomposition dans la bouteille, cette
dernière est en plus remplie d'une matière poreuse afin de
limiter les mouvements de liquide et de gaz à l'intérieur. Cette
matière poreuse a notamment pour rôle de contenir un
éventuel début de décomposition à
l'intérieur de la bouteille.
Nous avons donc affaire à une bouteille en acier
similaire à celui utilisé pour d'autres gaz, mais rempli d'un
solide poreux, lui-même imbibé d'acétone et dans laquelle
on aura injecté de l'acétylène qui sera dissout dans le
solvant. Les "trois" états de la matière sont donc
présents à l'intérieur de la bouteille.
La pression de stockage dans la bouteille est de 15 bars
environ à la livraison. Le fait d'ouvrir le robinet de la bouteille va
libérer le gaz, un peu à l'image de ce qui se passe lorsqu'on
ouvre une bouteille d'eau pétillante.
Pour des utilisations plus importantes, les bouteilles peuvent
être contenues dans ce que l'on appelle un "cadre" et reliées
entre elle. Cette technique permet de pouvoir disposer d'un débit plus
important en sortie pour des utilisations industrielles.
Propriétés physico-chimiques
A température ambiante et pression normale,
l'acétylène est un gaz. Ce gaz possède la
particularité d'être instable et tend à se
décomposer en carbone et hydrogène, ce qui le rend très
dangereux et extrêmement inflammable.
Risques
Les risques de l'acétylène sont liés
essentiellement à son inflammabilité et à son
instabilité. Son mode de conditionnement engendre également un
risque qui peut être immédiat ou différé dans le
temps, ce qui complique fortement le mode d'intervention dans pareils cas.
75
Explosion dans un incendie
Lorsqu'une bouteille d'acétylène est prise dans
un incendie, elle risque fort de libérer le gaz qu'elle contient. La
pression d'épreuve des bouteilles d'acétylène est de 60
bars, soit à peu près 4 fois la pression de service. En
règle générale, les bouteilles d'acétylène
sont équipées d'un ou plusieurs bouchons fusibles qui fondent
à environ 100 °C ce qui peut limiter le risque d'explosion dans un
incendie, mais toutes les bouteilles ne sont pas équipées et on a
déjà vu des bouteilles exploser avec leur bouchon fusible intact.
Cela peut se produire par exemple lorsque la bouteille est soumise à une
flamme sur une petite partie de sa surface, loin du bouchon fusible. Si
localement la température dépasse les 400 °C, la
décomposition du gaz s'amorce et la bouteille monte en pression et se
déchire à proximité de la partie chauffée. La
présence de matière poreuse dans la bouteille va empêcher
la propagation de la chaleur au travers de celle-ci et donc limiter
l'efficacité du bouchon fusible.
Fuite enflammée
Comme pour toute fuite de gaz, il n'est pas recommandé
d'éteindre la flamme sans arrêter la fuite simultanément.
Toutefois, cette extinction peut être réalisée si on est
certain qu'il n'y a pas de point chaud à proximité et que
l'environnement est largement ventilé.
Après avoir contrôlé que la bouteille est
froide (avec une caméra thermique par exemple ou par un court jet
diffusé sur la bouteille), il peut être envisagé de
s'approcher pour fermer le robinet si ce dernier est manoeuvrable facilement.
Il faut faire attention, si une autre bouteille est impactée par la
flamme ou que la bouteille apparait chaude à la caméra thermique
(ou que l'eau de refroidissement semble s'évaporer à la surface
de la bouteille), toute approche est à proscrire et il convient alors de
protéger ce que l'on peut et de s'abriter derrière des obstacles
en attendant l'explosion ou la vidange de la bouteille. Une bouteille qui a
chauffé reste dangereuse tant qu'elle est chaude et jusqu'à 24
heures après avoir été "refroidie". Il convient donc de
poursuivre le refroidissement de la bouteille même si le sinistre semble
terminé. En pratique, la bouteille froide est fermée et
plongée dans un récipient d'eau ou mieux dans une rivière
ou un étang pendant 24 heures avant d'être transportée vers
un centre de retraitement de déchets ou récupérée
par le propriétaire de l'emballage. A noter qu'une bouteille qui reste
fuyarde aura plus de chance de s'échauffer qu'une bouteille correctement
fermée.
76
Combustion interne
L'acétylène est très instable et reste
combustible ou dégradable même à l'intérieur de la
bouteille, sans nécessairement d'apport d'oxygène (la LSE est de
100%). C'est le cas lorsqu'il se produit un retour de flamme dans la bouteille
et qu'une combustion interne s'amorce et se propage dans la bouteille si rien
n'est fait. Une bouteille exposée à la chaleur peut réagir
dans les mêmes conditions et se mettre à "brûler" à
l'intérieur.
Cette réaction de combustion interne est heureusement
fortement ralentie par la présence de matière poreuse à
l'intérieur de la bouteille.
En cas de retour de flamme, le soudeur a pour consigne de
fermer immédiatement la bouteille afin de limiter l'accident et de
permettre à la masse poreuse de jouer tout son rôle pour
stabiliser la dégradation du produit.
Si le robinet n'est pas fermé et que la fuite perdure,
il s'échappe de la bouteille une fumée noire,
caractéristique d'une combustion incomplète de produit à
l'intérieur (combustion en manque d'oxygène). L'appel de produit
provoqué par ce robinet ouvert va avoir tendance à faire migrer
le gaz dissous depuis le bas de la bouteille vers la sortie, et donc va
contribuer à alimenter en combustible la zone fragilisée (zone
qui commence à chauffer et donc à dégrader
l'acétylène). La réaction va donc s'amplifier
jusqu'à devenir dangereuse pour l'intégrité de la
bouteille et donc des intervenants où témoins de l'accident.
Une erreur souvent faite par les intervenants est de laisser
fuir la bouteille afin d'éviter une surpression et se préserver
de l'explosion. C'est une erreur grave, qui va à l'encontre de
l'objectif recherché. Un robinet de bouteille de gaz n'est en aucune
façon une soupape de surpression, il n'est absolument pas
dimensionné pour jouer ce rôle. D'autre part, la fuite va
entrainer la migration du gaz au travers des zones chaudes de la bouteille et
empêcher la masse poreuse de jouer son rôle de stabilisateur.
L'explosion de la bouteille est alors plus probable que dans le cas où
celle-ci serait fermée.
77
Simulation des effets :
Le modèle utilisé pour la modélisation
PHAST® est le modèle TNT.
Les données introduites dans le logiciel sont
répertoriées dans le tableau II-14.
Tableau II-14 : Données introduites dans le
logiciel PHAST® pour l'événement primaire « VCE
au
niveau du parc bouteilles
|
Combustible
|
Hydrogène
|
|
Quantité
|
6.66 kg
|
|
Condition météorologique
|
1.5/F,1.5/D,5D
|
|
Rendement de l'explosion
|
50 %
|
|
Distance minimale
|
0
|
|
Distance maximale
|
50 m
|
|
Pas
|
0.2 m
|
Les résultats de la propagation dans les deux cas sont
représentés dans les figures II-23 et II-24.
78
Figure II-243 : Effet de surpression en fonction de
la distance pour l'événement VCE au niveau du parc
bouteilles
Figure II-254 : Propagation des effets de surpression
pour l'événement VCE au niveau du parc
bouteilles
79
80
Interprétation :
La simulation montre que l'explosion engendrera de graves
effets de surpression. Ainsi nous aurons un ?P = 1 bar qui est l'effet maximal
à environs 12 m tout autour de la zone de l'atelier. Nous aurons
également un ?P = 0.2 bar dans un rayon de 28 m autour de l'atelier et
qui est la valeur seuil des effets dominos qui engendrent la rupture des
réservoirs de stockage, et la rupture des structures autoporteuses
industrielles.
Cet effet touchera ainsi les deux réservoirs
d'oxygène liquide et d'azote liquide comme le montre la figure II-24.
II.4.2.1.4 Evénement primaire 4 : Jet fire au
niveau du parc bouteilles
Evénement : fuite d'une bouteille
d'acétylène Simulation des effets :
Figure II-265 : Effet de radiation en fonction de la
distance pour l'événement jet fire au niveau du
parc bouteilles
81
Interprétation :
La simulation montre que la configuration de vent 5/D est la
plus susceptible d'engendrer de forts effets. Les effets de radiation thermique
sont maximaux à 10 m du lieu de déclenchement du jet fire, ils
atteindront ainsi la valeur de 250 kw /m2 qui est un niveau de
destruction de toute les structures.
On remarque également que le niveau de radiation de 100
kw/m2 qui équivaut à une rupture ou destruction des
éléments en acier est atteint jusqu'à une distance de 35
m.
II.4.3 Calculs :
La méthode de calcul qui va être adoptée
dans ce travail n'est pas une méthode conventionnelle
préétablie. C'est une méthode que nous avons
développé en nous inspirons de différents travaux
d'articles et de références scientifiques des quelles sont
tirés les relations mathématiques utilisées.
II.4.3.1 Méthodologie de calcul
Il convient de noter que, dans ce qui suit, les
scénarios secondaires seront définis de manière à
considérer qu'ils se produisent de façon simultanée avec
l'événement principal, même si en réalité,
ils se déroulent en séquence (uniquement quelques secondes
à quelques minutes après l'événement primaire, en
fonction du vecteur d'escalade primaire et de l'intensité des pertes au
niveau de l'unité secondaire endommagée par
l'événement primaire).
Dans une présentation complexe, un seul
événement primaire peut généralement
déclencher simultanément plusieurs événements
secondaires. Cela a été documenté dans plusieurs accidents
passés (on peut facilement le constater dans la base de données
utilisée pour notre analyse d'accidentologie). Dans ce cadre,
l'équation proposée est toujours valide, donnant la
probabilité globale qu'un événement secondaire
donné soit initié par l'événement principal
considéré. Toutefois, les fréquences des scénarios
de dominos doivent être calculées en tenant compte de la
possibilité que plusieurs scénarios secondaires soient
déclenchés par le même événement
principal.
Il faut noter que si nous ne considérons pas la
possibilité d'une nouvelle escalade simultanée
d'événements secondaires, cela veut dire que nous
considérons que ces événements ne sont pas liés
à l'événement primaire et donc indépendant d'un
point de vu probabiliste. Par conséquent, il faut considérer
cette possibilité et donc si N événements secondaires
sont
82
probabilité d'un scénario secondaire
donnée par une combinaison générique m de k
événements secondaires (k N) est la suivante :
??
????(??,??) = ?[1 - ????,?? +
??(??,??????)(2 * ????,?? - 1)] (??. ??)
??=1
Où ????,?? est la probabilité d'escalade pour le
i-ème événement secondaire. ?????? est un vecteur dont les
éléments sont les index de la même combinaison de k
événements secondaires. La fonction ??(??,??????) est
définie comme suit :
??
??(??,?????? {1
) = ?? ? ?????? (2.2)
0 ?? ? ????
Calcul de la probabilité d'escalade pour chaque
cible
Pour l'estimation de la probabilité d'escalade,
l'équation suivante sera utilisée :
1.005
Pi,j = ????,??-5.004 (2.3)
1+??( 0.6120 )
Avec :
Pi,j : Probabilité que l'équipement
j soit endommagé suite à un accident au sein de
l'équipement i
Yi,j : Fonction Probit.
Définition d'une fonction probit
La fonction Probit Yi,j est définie comme
étant la réciproque de la fonction de répartition de la
loi normale centrée réduite.
Afin de démontrer d'où l'expression des
fonctions Probit a été déduite, l'hypothèse
suivante a été établie :
Yi,j est une variable aléatoire avec une moyenne
de 5 et une variance de 1. (Eisenberg et al., 1975). Pour un facteur
d'endommagement ou de blessure X qui correspond à la distribution
log-normale : X ? log N (ì , ?2)
La fonction Probit s'écrit plus communément sous la
forme :
Yi,j = k1+ k2 ln(x) (2.4)
Il existe une relation qui relie la probabilité P à
la fonction Probit Y et qui est donnée par l'Eq. Suivante :
??2
2 ???? (2.5)
P = 1
?v2?? ? ??-
??-5
-8
La détermination d'une équation du type
général donné par l'Eq. (2.6) est facilement
démontrée en considérant d'abord une distribution
normale.
Soit X une variable aléatoire qui suit la loi normale de
paramètre ì et ?2 X ?N (ì , ?2)
Définie par sa fonction densité f
|
f = 1??
?v2??
|
(??-??)2
2?2
|
(2.6)
|
83
Et sa fonction de répartition F
F = ? ??(??)????
?? -8 (2.7)
En sachant que la fonction de répartition dans le cas
continu est égale à la probabilité,
??
c'est-a-dire : F(x) = P(X= x) = ? ??(??)????
-8
(??-??)2
??
? P = 1
?v2?? ? ?? -2?2 ???? (2.8)
-8
L'égalité entre les équations (2.5) et (2.8)
nous donne :
84
{Y??, ?? - 5 = x = u ?? + 5 = (5 - ??
??-??
?? = ?? Yi,j = ??-?? ?? ) + 1 ?? x
Yi,j = k1' + k2' ln(x) (2.9)
Avec
k1' = 5 - ??
??
{ k2' = 1
??
Même chose pour la distribution log-normale:
Yi,j = k1 + k2 ln(x) (2.10)
Avec
k1 = 5 - ??'
??
{ k2 = 1
??
L'équation (2.10) est la forme la plus
généralement utilisée pour la fonction Probit.
L'approche Probit est utilisée pour l'évaluation
quantitative des risques à effet dominos dus à la surpression et
à la radiation thermique. Les modèles Probit ne dépendant
pas des valeurs seuils de dommage, ils peuvent donc facilement être
modifiés pour tenir compte des catégories spécifiques
d'équipements. Par conséquent, l'analyse des probits a
été appliquée à la fois pour réviser les
modèles existants et pour développer davantage les modèles
probabilistes pour les dommages causés à des catégories
spécifiques d'équipements.
? Application des fonctions Probit dans
l'évaluation de l'impact des effets physiques
En 1975, Eisenberg et ses collaborateurs ont d'abord
utilisé un modèle simplifié pour évaluer la
probabilité de blessures pour l'être humain et les dommages
causés aux équipements par les effets de surpression et de
radiation.
Les auteurs ont ensuite défini des fonctions Probit
pour relier les dommages causés à l'équipement par la
surpression statique de pointe AP°.
85
Y = k1 + k2 ln (ÄP°) (2.11)
Le modèle d'Eisenberg et ses collaborateurs
était basé sur l'évaluation expérimentale du
déplacement de l'équipement avec la déformation et la
rupture subséquente des connexions, ne tenant pas compte de la
défaillance catastrophique directe de l'équipement.
Les résultats obtenus sont:
{
k1 = -23.8 k2 = 2.92
L'approche Probit a ensuite été suivie par
d'autres auteurs comme Khan et Abbasi, 1998 [13], qui ont proposé une
fonction Probit similaire à l'équation d'Eisenberg, mais
substituant la surpression statique à la pression totale (la somme de la
pression statique et dynamique). Khan et Abbasi donnent les mêmes
coefficients de Probit d'Eisenberg, ce qui est compréhensible car, la
pression dynamique est négligeable pour la plupart des explosions
industrielles.
Plus récemment, Cozzani et Salzano (2005) ont
élaboré un ensemble étendu de données concernant
l'explosion dans le milieu de l'industrie que Zhang et Jiang ont affiné
en 2008 pour faire ressortir des fonctions Probit pour les effets de radiation
thermique et de surpression au niveau de différents types
d'équipements.
Ainsi, des fonctions différentes sont utilisées
selon l'effet physique et le type d'équipement étudiés.
Une étude récente (Sun et al. 2013) montre la validité et
la rationalité des modèles Probit pour l'étude des effets
dominos causés par des ondes de surpression dans l'industrie chimique.
Concernant l'effet des radiations thermiques, la fiabilité des
modèles de calcul de probabilité d'escalade
présentés, a été démontrée lors de
leur application à plusieurs cas d'études, notamment celle
réalisée par Landucci (Landucci et al. 2012).
Les modèles proposés par Zhang et Jiang reconnus
comme étant les plus fiables, ils seront donc utilisés pour la
suite de notre étude. En effet, ce qui importe dans l'étude des
effets dominos, c'est l'évaluation de la propagation au niveau des
équipements et donc la vulnérabilité de ces derniers et
non la vulnérabilité de l'Homme par rapport aux effets
physiques.
86
Tableau II-15 : Modèles de
vulnérabilité
|
Effets physiques
|
Equipements cibles
|
Modèles de vulnérabilité
|
|
Radiation thermique
|
Atmosphérique
|
Yi,j = 12.54 - 1.847 x ln (ttf)
ln (ttf) = - 1.13 ln (Ii,j) - 2.67 x 10-5 V + 9.9
|
|
Pressurisé
|
Yi,j = 12.54 - 1.847 x ln (ttf) ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) +
8.845 V 0.032
|
|
Surpression
|
Atmosphérique
|
Yi,j = - 9.36 + 1.43 x ln (?Pi,j)
|
|
Pressurisé
|
Yi,j = - 14.44 + 1.82 x ln (?Pi,j)
|
|
Allongé (tour de
distillation...)
|
Yi,j = - 28.07 + 3.16 x ln (?Pi,j)
|
Tels que :
i : équipement source de l'accident.
j : équipement cible.
Yi,j : fonction Probit.
ttf : temps-avant-défaillance (s).
V : volume de l'équipement (m3).
Ii,j : intensité des radiations thermique
(kW.m-2).
?Pi,j : surpression statique maximale en kPa
Concernant les effets de projection de fragments, du fait
qu'aucun modèle de vulnérabilité précis n'existe
pour l'estimation des dommages causés sur la cible, seule une estimation
qualitative de la propagation peut être obtenue [15].
II.4.3.2 . Identification des cibles et calcul des
probabilités d'escalade
Pour le calcul de la probabilité d'escalade de chaque
cible, la fonction Probit appropriée à chaque cible est
utilisée afin d'appliquer la relation (2.3).
Pour rappel :
87
Pi,j = 1.005
-(????,??-5.004
0.6120 ) (2.3)
1+e
Pi,j : Probabilité que l'équipement j
soit endommagé suite à un accident au sein de
l'équipement i,
Yi,j : Fonction Probit.
II.4.3.2.1 Détermination des scénarios
secondaires
Les Scénarios secondaires et vecteurs d'escalade sont
résumés dans le tableau II-16.
Tableau II-16 : Scénarios secondaires et
vecteurs d'escalade
|
Source
|
Vecteurs
d'escalade
|
Cibles
|
|
Equipements
|
Type
|
|
VCE hydrogène
atelier CCAM
|
Surpression
|
Réservoir d'oxygène
liquide
|
Pressurisé
|
|
Réservoir d'azote
liquide
|
Pressurisé
|
|
VCE d'acétylène
parc bouteilles
|
Surpression
|
Réservoir d'oxygène
liquide
|
Pressurisé
|
|
Réservoir d'azote
liquide
|
Pressurisé
|
II.4.3.2.2 Calculs :
1) Bouteille hydrogène atelier CCAM Réservoir
d'oxygène liquide par VCE H2
Yi,j = - 14.44 + 1.82 ln (?Pi,j) avec ?P =27.8
Yi,j = -8.39
Pi,j = 3.14 * 10-10
2) Bouteille hydrogène atelier CCAM Réservoir
d'azote liquide par VCE H2
Yi,j = - 14.44 + 1.82 ln (?Pi,j) avec ?P
= 24.6
Yi,j = -8.61
Pi,j = 2.19 * 10-10
3) Bouteille d'acétylène parc
bouteilles Réservoir d'oxygène liquide par VCE C2H2
88
Yi,j = - 14.44 + 1.82 ln (?Pi,j) avec ?P = 25.3
Yi,j = -8.56
Pi,j = 2.38 * 10-10
4) Bouteille d'acétylène parc
bouteilles Réservoir d'azote liquide par VCE C2H2
Yi,j = - 14.44 +
1.82 ln (?Pi,j) avec ?P = 23.6
Yi,j = -8.69
Pi,j = 1.93 * 10-10
II.4.3.2.3 Détermination des scénarios
tertiaires :
Les Scénarios tertiaires et vecteurs d'escalade sont
résumés dans le tableau II-17.
Tableau II-17 : Scénarios tertiaires et
vecteurs d'escalade
|
Source
|
Vecteurs
d'escalade
|
Cibles
|
|
Equipements
|
Type
|
|
Synergie VCE +
incendie réservoir
d'oxygène
liquide
|
Radiation
thermique
|
Incendie au niveau de
la tour ASU
|
Pressurisé
|
|
Pressurisé
|
|
Synergie VCE +
incendie réservoir
d'azote liquide
|
Radiation
thermique
|
Incendie au niveau de
la tour ASU
|
Pressurisé
|
|
Pressurisé
|
1) Bouteille hydrogène atelier CCAM Réservoir
d'oxygène liquide par VCE 112
Incendie au niveau de la tour ASU.
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 =
5.65
Yi,j = 2.10
Pi,j = 8.66 * 10-3
2) Bouteille hydrogène atelier CCAM Réservoir
d'azote liquide par VCE 112
Incendie au niveau de la tour ASU.
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
89
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 =
5.41
Yi,j = 2.55
Pi,j = 0.018
3) Bouteille d'acétylène parc bouteilles
Réservoir d'oxygène liquide par VCE 112
Incendie au niveau de
la tour ASU.
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 = 6.04 Yi,j =
1.38
Pi,j = 2.69 * 10-3
4) Bouteille d'acétylène parc bouteilles
Réservoir d'azote liquide par VCE 112
Incendie au niveau de la tour ASU.
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 = 6.27 Yi,j =
0.96
Pi,j =1.35 * 10-3
II.4.3.2.4. Détermination des scénarios
quaternaires :
Les Scénarios quaternaires et vecteurs d'escalade sont
résumés dans le tableau II-18.
Tableau II-18 Scénario quaternaire et
vecteurs d'escalade
|
Source
|
Vecteurs
d'escalade
|
Cibles
|
|
Equipements
|
Type
|
|
Synergie des scénarios
|
Projection et
radiation
thermique
|
Bloc administratif
|
atmosphérique
|
Yi,j = 1.05
Pi,j =2.12 * 10-3
90
Evénements primaires 2 et 4
Détermination des scénarios secondaires
Tableau II-19 : Scénarios secondaires et
vecteurs d'escalade événements 2 et 4
|
Source
|
Vecteurs
d'escalade
|
Cibles
|
|
Equipements
|
Type
|
|
Jet fire hydrogène atelier CCAM
|
Radiation
thermique
|
Réservoir d'oxygène
liquide
|
Pressurisé
|
|
Réservoir d'azote
liquide
|
Pressurisé
|
|
Jet fire d'acétylène parc
bouteilles
|
Radiation
thermique
|
Réservoir d'oxygène
liquide
|
Pressurisé
|
|
Réservoir d'azote
liquide
|
Pressurisé
|
1) Jet fire hydrogène atelier CCAM Réservoir
d'oxygène liquide
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 = 6.41 Yi,j =
0.70
Pi,j = 8.86 * 10-4
2) Jet fire hydrogène atelier CCAM Réservoir
d'azote liquide
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 = 6.20 Yi,j =
1.09
Pi,j =1.67 * 10-3
3) Jet fire d'acétylène parc bouteilles
Réservoir d'oxygène liquide
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 = 6.53 Yi,j =
0.48
Pi,j =6.19 * 10-4
4) Jet fire d'acétylène parc bouteilles
Réservoir d'azote liquide
Yi,j = 12.54 - 1.847 ln (ttf)
91
ln (ttf) = - 0.95 ln (Ii,j) + 8.845V 0.032 =
6.28
Yi,j = 0.95
Pi,j = 1.33 * 10-3
D'après les conditions de l'événement
primaire, cet événement secondaire pourra être
géré et n'engendre pas d'événement tertiaire.
Les calculs de probabilités étant fait, nous
allons nous intéresser à la réalisation des réseaux
bayésiens des événements cités.
II.4.4 Réalisation des réseaux
bayésiens
II.4.4.1 Définition d'un réseau
bayésien
Un réseau bayésien est un modèle
graphique dans lequel les noeuds représentent des variables
reliés par des arcs dirigés (causaux). Les arcs dénotent
des dépendances ou des relations de cause à effet entre les
noeuds liés, tandis que les probabilités conditionnelles
assignées aux noeuds déterminent le type et la force de ces
dépendances.
Les noeuds à partir desquels les arcs sont
dirigés sont appelés noeuds parents, alors que les noeuds vers
lesquels les arcs sont dirigés sont appelés noeuds enfants. Tel
que, un noeud peut être simultanément l'enfant d'un noeud et le
parent d'un autre noeud.
Les noeuds sans parent et les noeuds sans enfant sont
appelés respectivement noeuds racines et noeuds feuilles (Jensen et
Nielsen, 2007).
Figure II-27 Composantes d'un réseau
Bayésien
Dans le cas de l'étude des effets dominos au niveau de
LGA la disposition des différentes unités des process seront
considérées comme un ensemble de variables ; c'est-à-dire
que
92
chaque variable représente une unité ou un
élément de l'équipement, selon le niveau de détail
de l'analyse.
Un réseau bayésien peut donc être
utilisé pour modéliser qualitativement et quantitativement
l'influence des unités les unes sur les autres via les arcs causaux et
les probabilités conditionnelles, pour estimer la probabilité
d'un effet domino à différents niveaux.
Il étend la distribution de probabilité commune
d'un ensemble de noeuds liés, par exemple :
U = {X1, X2,..., Xn}
En d'autres termes, en ne considérant que les
dépendances locales, en factorisant la distribution des
probabilités communes comme la multiplication des probabilités
des noeuds compte tenu de leurs parents immédiats (Khakzad et al.,
2013).
II.4.4.2 Identification des séquences dominos
Afin de modéliser la propagation probable d'un effet
domino, les étapes suivantes sont suivies :
Étape 1: Un noeud sera
affecté à chaque unité du process.
Avant d'appliquer la méthode à notre cas
d'étude, l'exemple d'une usine de 6 unités (les colonnes de
distillation, les réservoirs de stockage atmosphérique, les
réservoirs de stockage sous pression, etc.) sera présenté
dans ce qui suit (Fig. II-27).
Figure II-287 : Modèle de propagation probable
d'un effet domino dans une usine à six unités
93
Étape 2: Identification de
l'unité primaire où l'accident primaire a lieu. Elle est
schématisée en jaune (noeud racine) dans la figure
II-27.
Étape 3: Une fois les vecteurs
d'escalade et les cibles identifiés à l'aide des valeurs seuil
d'escalade (comme expliqué dans la section I.2.2.1.4.), les
probabilités d'escalade des unités secondaires vont être
calculées compte tenu de l'événement primaire,
c'est-à-dire P(X2/X1), P(X3/X1) et P(X4/X1). Telles que, les
unités ayant la probabilité d'escalade la plus
élevée sont choisies comme unités secondaires (par
exemple, X3 dans la figure II-27).
Puisque les événements secondaires sont
causés par l'événement primaire, un arc causal doit
être dirigé de X1 à X3, montrant que l'occurrence de X3 est
conditionnelle à l'occurrence de X1. En rappelant que pour le cas de LGA
la probabilité d'escalade se calcule à l'aide des fonctions
Probit.
Étape 4: En remplaçant
l'unité primaire par les unités secondaires, l'étape 3 est
répétée pour déterminer les unités
tertiaires potentielles (par exemple : X2 et X4), les unités
quaternaires potentielles (par exemple : X5 et X6) et ainsi de suite.
Dans cet exemple, X2 et X4 (X5 et X6) ont les mêmes
probabilités d'escalade et sont tous deux sélectionnés
comme unités tertiaires (quaternaires).
Il convient de noter que lorsqu'on répète la
même procédure pour les unités secondaires ou les
unités d'ordre supérieur, il faut tenir compte des effets
synergiques.
On entend par effet de synergie que les vecteurs d'escalade
des unités nouvellement engagées (d'ordre i) coopèrent
avec ceux des unités déjà engagées (d'ordre i-1)
pour avoir un impact sur les unités d'ordre supérieur (d'ordre i
+ 1) qui n'avaient pas dépassé les critères de seuil dans
les niveaux précédents.
Par exemple, dans la figure II-27, X2 et X3 coopèrent
entre eux (c'est-à-dire que leurs vecteurs d'escalade sont
superposés) pour déclencher un accident dans X5.
Ainsi, les arcs causaux doivent être dirigés de
X2 et X3 vers X5, montrant la dépendance conditionnelle de ces derniers
par rapport aux premières unités. Par conséquent, lors de
l'attribution de la probabilité conditionnelle d'escalade de X5 due
à l'effet synergique, P(X5/X2,X3) est également calculée
à l'aide des fonctions Probit mais en sommant les vecteurs
d'escalade.
94
Une fois le modèle de propagation probable de l'effet
domino développé sous la forme d'un réseau
bayésien, la probabilité de l'événement primaire et
les probabilités conditionnelles des autres événements
calculées, la distribution conjointe des probabilités des
événements contribuant à l'effet domino peut être
calculé.
Pour l'exemple de la figure II-27, la distribution de
probabilité conjointe des événements qui contribuent
à l'effet domino U = {X1,.,., X6} est calculée comme suit :
P(U) = P(X1)P(X3/X1)P(X2/X1,X3)P(X4/X1,X3)P(X5/X2,X3)P(X6/X3,X4)
(2.12)
Il est à noter qu'en choisissant un autre point de
départ plutôt que X1, on obtiendrait un réseau
bayésien différent et, par conséquent, une distribution de
probabilité commune différente de celle montrée dans
l'équation (2.12)
En supposant que X1 est l'unité primaire et selon la
figure II-27, la chronologie ou l'ordre séquentiel probable des
événements serait X1-)X3-)X2(ou X4)-)X5(ou X6).
En connaissant le modèle de propagation d'un effet
domino, sa probabilité d'occurrence à différents niveaux
peut être estimée. Généralement, la
probabilité de l'effet domino est calculée comme la
multiplication de la probabilité de l'événement primaire
et de la probabilité d'escalade. Pour qu'il y ait un effet domino au
premier niveau, il est nécessaire que l'accident dans l'unité
primaire se propage dans au moins une des unités secondaires voisines.
Par exemple, sur la figure II-27, en considérant X3 comme unité
secondaire, la probabilité de l'effet domino de premier niveau peut
être calculée comme suit :
PNiveau1= P(X1)P(X3/X1) (2.13)
De même, l'effet domino ne pourrait passer au
deuxième niveau que si au moins l'une des unités tertiaires X2 ou
X4 est touchée par l'accident de premier niveau. Par conséquent,
la probabilité de l'effet domino de deuxième niveau est
calculée comme suit :
PNiveau2 = P(X1)P(X3/X1)P(X2?X4/X1,X3) (2.14)
Pour tenir compte de l'union de X2 et X4
représentée dans Eq. (2.14), la figure II-28
peut être modifiée en ajoutant le noeud auxiliaire L1 de
telle sorte que L1 = X2?X4 (Fig. II-29).
95
Figure II-29 : Réseau bayésien
modifié pour incorporer l'union des événements tertiaires
et
quaternaires en utilisant les noeuds auxiliaires L1 et
L2
Ainsi, X2 et X4 sont reliés à L1 à l'aide
d'arcs causaux de porte logique « OU », ce qui donne la table de
probabilité conditionnelle présentée dans le tableau
II-20 pour le noeud L1.
Tableau II-20 : Table des probabilités
conditionnelles attribuées au noeud auxiliaire L1 montrant sa
dépendance conditionnelle à l'égard de ses parents par le
biais d'une porte logique «OU»
|
Unités
|
P(L1/X2,X4)
|
|
X2
|
X4
|
Accident
|
Absence d'accident
|
|
Accident
|
Accident
|
1
|
0
|
|
Accident
|
Absence d'accident
|
1
|
0
|
|
Absence d'accident
|
Accident
|
1
|
0
|
|
Absence d'accident
|
Absence d'accident
|
0
|
1
|
La probabilité de L1 est égale à la
probabilité de propagation de l'effet domino au deuxième niveau,
c'est-à-dire la probabilité qu'au moins une des unités
tertiaires X2 ou X4 soit impliquée dans l'accident. De même, pour
que l'effet domino passe au troisième niveau, il est nécessaire
que l'accident dans les unités tertiaires se propage dans au moins une
des unités quaternaires. [14]
La probabilité de l'effet domino de premier niveau peut
être estimée comme le produit de P(X1) et P(X3/X1). Ainsi, si DL1
(Domino Level 1) est connecté à X1 et X3 par des arcs causaux de
porte logique « ET », P(DL1) serait égal à la
probabilité de l'effet domino de
96
premier niveau. Cela implique que pour que l'effet domino de
premier niveau se produise, non seulement l'événement primaire X1
mais aussi l'événement secondaire X3 sont nécessaires.
De même, si DL2 est connecté aux noeuds DL1 et L1
par des arcs causaux de porte logique « ET », P(DL2) serait
égal à la probabilité de l'effet domino de deuxième
niveau. Cela indique que pour que l'effet domino de deuxième niveau se
produise, l'effet domino de premier niveau (c.-à-d. DL1) et au moins un
des événements tertiaires, c.-à-d. L1 se produisent.
Même chose pour le niveau 3. (Voir figure
II-30)
Figure II-31 Réseau bayésien
modifié pour incorporer les 3 niveaux d'effet domino et
l'union des
événements tertiaires et quaternaires
II.4.4.3 Présentation du
logiciel AGENARISK
AGENARISK utilise les derniers développements du
domaine de l'intelligence artificielle bayésienne et du raisonnement
probabiliste pour modéliser des problèmes complexes et
risqués et améliorer la manière dont les décisions
sont prises.
Il est utilisé pour établir des
prévisions, effectuer des diagnostics et prendre des décisions en
combinant des données et des connaissances sur les dépendances
causales complexes et autres dans le monde réel.
97
AgenaRisk est aussi utilisé pour modéliser
divers problèmes comportant des risques et des incertitudes, notamment
les risques opérationnels, l'analyse actuarielle, l'analyse des
informations, la sécurité et la fiabilité des
systèmes, les risques pour la santé, les risques liés
à la cyber sécurité et la planification financière
stratégique.
II.4.4.4 Réalisation des réseaux
bayésien
II.4.4.4.1 Scénario 1
Figure II-32 : Réseau bayésien du
scénario 1
98
II.4.4.4.2 Scénario 2
Figure II-33 : Réseau bayésien du
scénario 2
99
II.4.4.4.3 Scénario 3
Figure II-34 : Réseau bayésien du
scénario 3
100
101
II.4.5 Calcul des probabilités de
combinaison
Evènement primaire de risque :
VCE au niveau du parc bouteilles 7.1 *10-4
Evénements engendrés :
Tableau II-21 : Probabilités des
événements
|
Evénement
|
Numéro de
|
Probabilité
|
|
l'événementDe??truction ??u ré??ervoir
??'oxy??ène ??iqui??e
|
1
|
3.14 * 10-10
|
|
De??truction ??u ré??ervoir ??'azote liquide
|
2
|
2.19 * 10-10
|
|
Incendie au niveau de la tour ASU
|
3
|
18 * 10-3
|
|
Destruction du bloc administratif
|
4
|
2.12 * 10-3
|
Pour rappel
Y
???? (??,??) = ? [1 - ????,?? + ??(i,???? ?? )(2 * ????,?? -
1)] (2.1)
??=1
Où ????,?? est la probabilité d'escalade
pour le i-ème événement secondaire. ?????? est un
vecteur
dont les éléments sont les index d'une même
combinaison de k événements secondaires. La
fonction ??(i,??????) est
définie comme suit :
1 i ? ??m
22
??(i,??????) =
0 i? ??im,, ( )
Tableau II-22 : Probabilités des combinaisons
d'évènements
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Probabilité de la
combinaison
|
|
*
|
|
|
|
2.05 * 10-14
|
|
*
|
*
|
|
|
4.48 * 10-23
|
|
*
|
|
*
|
|
4 * 10-15
|
|
*
|
*
|
|
1.42* 10-14
|
|
*
|
*
|
*
|
|
8.8* 10-25
|
|
*
|
|
|
*
|
3.2* 10-16
|
|
*
|
|
*
|
3 * 10-17
|
|
*
|
*
|
|
*
|
1.02 * 10-25
|
|
*
|
*
|
*
|
*
|
1.84* 10-27
|
102
D'un point de vue quantitatif, les probabilités
obtenues sont relativement acceptables. Elles nous renseignent également
sur les combinaisons d'accidents les plus probables.
L'étape suivante serra le calcul du risque individuel
à l'aide des probabilités obtenues
II.4.6 Risque individuel
Le risque individuel exprime le risque encouru par une
personne simple exposée à un danger dans la zone d'effet
potentiel d'un incident ou d'un ensemble d'incidents. Il faut signaler que
l'ampleur de tout incident, en termes de nombre de personnes impactées
par un seul événement, n'affecte pas le risque individuel.
Les mesures du risque individuel peuvent être des
nombres simples, des tableaux de nombres ou divers graphiques.
Les mesures de risque individuel couramment utilisées
comprennent les contours de risques individuels et montrent la
répartition géographique du risque individuel. Les courbes de
risque sont calculées à partir des prévisions
fréquence d'un événement susceptible de causer le niveau
de préjudice spécifié à un endroit
spécifié, que quelqu'un soit ou non présent à cet
endroit pour subir ce préjudice. Ainsi, le risque individuel des cartes
de contour sont générés en calculant le risque individuel
à chaque emplacement géographique en supposant que quelqu'un sera
présent, sans protection (par exemple, en plein air), et soumis au
risque 100 % du temps (exposition annuelle de 8760 heures par an).
C'est dans cette configuration ci que nous avons
travaillé. II.4.6.1. Calcul du risque individuel
La relation utilisée est inspirée de la relation
donnée par Albdelhamid 2010 FrEEDOM [3] et adaptée à des
installations au lieu d'équipements pour la relation initiale.
L'avantage de cette relation est qu'elle prend en compte les effets dominos.
n n
|
IR = ? ?
|
Fi * Pi,?? * P??
|
(2.17)
|
|
??=1
|
??=1
|
Le calcul donne une fréquence de risque individuelle de
5.63 * ??O-??
Cette valeur peut être interprétée comme
assez élevée d'où l'importance du système de
sécurité au sein de LGA.
103
Les contours du risque individuel ont été
fixés sur la base des seuils des effets de suppression et de radiation
thermique donnés précédemment et des simulations
effectuées.
Figure II-35 : Illustration du risque individuel
sur le site de LGA
| 
