//img.uscri.be/pth/3923e546b994a7b1da6b7e32a7fc594d826ce47f
Cet ouvrage fait partie de la bibliothèque YouScribe
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le lire en ligne
En savoir plus

Évaluation de l'inflammabilité et de l'explosivité des nanopoudres : une démarche essentielle pour la maîtrise des risques, Evaluation of ignition and explosion risks of nanopowders : a great way to manage industrial safety risks

De
248 pages
Sous la direction de Dominique Thomas, Laurent Perrin
Thèse soutenue le 13 octobre 2008: INPL
Depuis plusieurs années déjà, nombre d’applications industrielles impliquant des nanomatériaux ont vu le jour mais les connaissances relatives aux dangers de ces nouveaux matériaux sont actuellement assez restreintes. Le développement de ces nouveaux produits ne pouvant se poursuivre sans une évaluation approfondie des risques pour l’environnement et au poste de travail, les dangers relatifs aux nanoparticules doivent être évalués. La toxicité potentielle de ces nouveaux matériaux est souvent mise en avant. Néanmoins, les risques d’incendie et d’explosion ne doivent pas être négligés. Centrées essentiellement sur les poudres de taille micrométrique, les données de la littérature ne permettent pas, en effet, à l’heure actuelle, d’évaluer la probabilité et la gravité d’une explosion de nanopoudres. Dans ce contexte, la sensibilité à l’inflammation et la sévérité d’explosion de nanomatériaux pulvérulents typiques ont été évaluées ainsi que la validité des appareillages et procédures standards, habituellement utilisés lors d’une telle démarche. Enfin, la méthodologie adoptée afin d’évaluer les risques d’inflammation et d’explosion d’une installation de production de nanopoudres et de sécuriser au mieux la santé des travailleurs exposés aux nanoparticules est illustrée aux travers de deux exemples. Cette démarche pourra servir de base à de futures analyses de risques concernant les produits nanostructurés, exercice qui va devenir indispensable et de plus en plus fréquent au vu du contexte économique et réglementaire
-Explosion de poussières
-Maîtrise du risque
-Nanopoudres
-Analyse de risques
-Inflammation
In the industrial and research fields, nanomaterials provides a growing interest and many industrial applications have already been developed in the last years. However, knowledge about the hazards related to these new materials is currently limited. As safe nanomaterial production cannot be permitted without a deeper evaluation of environmental and occupational hazards, hazards related to nanoparticles have to be evaluated. One often thinks about the potential toxicity of nanoparticles. However, dust fire and explosion should not be neglected when the dusts are combustible, which may often be the case. So far, literature studies concerning the evaluation of explosion and flammability risks of powders were essentially carried out on micron-sized materials and do not enable in fact to evaluate fire and explosion risk probabilities and gravities of nanopowders. The main goal of this work is to study explosion and ignition risks related to nanopowders. In particular, the evaluation of the explosion sensitivity and severity of typical nanomaterials has been studied as well as the validity of the existing analytical and methodological tools designed to evaluate dust ignition and explosion hazards. This work also deals with the methodology applied to a plant and to a laboratory in order to define the best safety barriers which were positioned to ensure the best occupational safety level to all workers and evaluate in a good way the ignition and explosion risks related to the use and production of fluffy nanomaterials. This work will certainly help risk engineers concerned about the handling and the production of combustible nanopowders.
-Dust explosion
-Nanopowders
-Risk assessment
-Ignition
-Risk management
Source: http://www.theses.fr/2008INPL043N/document
Voir plus Voir moins


AVERTISSEMENT



Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
poursuite pénale.

Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr




LIENS




Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm

ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES INDUSTRIES CHIMIQUES DE NANCY

LABORATOIRE DES SCIENCES DU GENIE CHIMIQUE, CNRS UP R 6811
ECOLE DOCTORALE :
Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés,o dPruits, Environnement

THESE

Présentée à

L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE

Pour l’obtention du grade de

DOCTEUR EN GENIE DES PROCEDES

Spécialité : Génie des Procédés et des Produits

par

Alexis VIGNES
Ingénieur en Génie des Procédés, ENSIC



Evaluation de l’inflammabilité et de l’explosivité
des nanopoudres : une démarche essentielle pour
la maîtrise des risques




Soutenue publiquement le 13 Octobre 2008 devajnutr yl ec omposé de :


Président : M. Serge WALTER (Professeur ENSCMu- UHMAu,lhouse)

Rapporteurs : M. Serge WALTER (Professeur ENSCMu-AU,H Mulhouse)
Mme Isabelle SOCHET (Professeur ENSIB InstituSMtE ,P RUIniv. Orléans, Bourges)

Examinateurs : M. Jacques BOUILLARD (Docteiueru-ri nIgNéEnRIS, Verneuil-en-Halatte)
M. Olivier DUFAUD (MdC ISI-UHP, Nancy)
M. Laurent PERRIN (Professeur ENSIC-INPL, Nancy)
M. Jean-Michel PETIT (Ingénieur expert INR)S , Paris
M. Dominique THOMAS (Professeur IUT-UHP, Nancy) REMERCIEMENTS


Ce travail, financé par l’INERIS et l’ANRT,f fae céttué epour partie au sein de l’unité Séc urité des
Procédés de la Direction des Risques Accidle’InNtEeRlIsS , à en étroite collaboration avec le groupe d
recherche en sécurité industrielle SISyPHe daut oLiraebo dres Sciences du Génie Chimique à Nancy.

Je tiens ici à remercier chaleureusement l’e ndse mbmlees encadrants et directeurs de thèse p our leur
confiance, leur disponibilité, leurs conses ilest alveuirs échaleur humaine : M. Bouillard, IdSe, l’INER
M. Perrin, M. Dufaud et M. Thomas du LSGC.
Jacques Bouillard, en m’impliquant dès le dépnasr t led aprojet européen NANOSAFE 2 m’a donné
l’opportunité rare de partager mon travail e nmotnrdee leacadémique, industriel et européen tout en
me permettant de me sensibiliser au génie des dpréosc émade in USA.
Je remercie Laurent Perrin, Olivier Dufaudu,e DTohmoimnaisq pour l’appui inconditionnel qu’ils m’ont
prodigués du début à la fin, leur grande diistpoén iebti ll’intérêt qu’ils ont porté à mes travaux.

Je remercie également les rapporteurs de ce mémo iqruei me font l’honneur de le juger ainsi que les
examinateurs qui ont accepté de participer a u jury.

Je remercie l’ensemble des membres du Laboratoiree s dSciences du Génie Chimique et tout
particulièrement ceux du groupe SISyPHe, un granedr cmi également à Cécile Vallières du LSGC GPS
pour tout ce qui a touché de près ou d’un peluo ipnl ulse s analyses thermiques. Je remercie e nfin mes
collègues de l’INERIS pour leur soutien toug td ea uc elso ntrois années de travail.

De manière plus amicale, je tiens à vous revmeorucsi eqr ui m’avez accompagné pendant ces trois
années : Lolo pour nos conversations « sé c»u rittaardi redsans la nuit, tes conseils, tes av annes et t
générosité, Olive mon sniper préféré pour tolne otreoiuljours attentive, ta gentillesse beitl itaé , disponi
Pipe (El Professore) et Ma(x)Gyver pour voét rien caomnidtitionnelle à Moscou, Bogota, Paris o u Nancy
et enfin mention spéciale ;o) à Mama, Guix, GWuaistsoiu, ,MisterFab et Alex qui m’ont accompagné de
près ou d’un peu plus loin pendant ces trois .a n nées

Enfin, je ne saurai terminer sans remercier el aq ufie mpmartage ma vie depuis maintenant 8 ans . Merci
pour ton amour, ton sourire et ton soutien nq ueott iednifein… tes bons petits plats qui m’ontd ep ermis
rédiger allègrement ce manuscrit.

Merci à toutes et à tous…

1
TABLE DES MATIERES

NOTATIONS_______________________________________________________________________________11
INTRODUCTION____________________________________________________________________________14
RÉFÉRENCES_________________________________________ ______________________________________20
CHAPITRE 1 : METHODOLOGIE, PROCEDURES ET APPAREILLA GES___________________________________21
1. LES PARAMETRES D’INTERET ___________________________ _________________________________22
1.1 . Auto-échauffement des solides pulvérulents combubsletis________________________________22
1.1.1. Les conditions nécessaires à un auto-échauf_f_e_m_e_n_t___________________________22
1.1.2. Les principaux facteurs affectant les conadppaitritoinos n dd’’un auto-échauffement_______ 22
1.2 . L’explosion d’un nuage de poussière __________________________________________________23
1.2.1. Les conditions nécessaires à une explosion idèere pso_u_s_s___________________________23
1.2.2 . Les principaux facteurs affectant les expl oposuisosnisè rdees __________________________24
1.3 . Sélection des paramètres d’intérêt___________________________________________________26
2. DESCRIPTION DES APPAREILLAGES ET DES PROCEDURES EXP ERIMENTALES ______________________28
2.1 . Caractérisation physico-chimique des poudres _______________________________________28
2.1.1. Sélection des appareillages adéquats_______________________________________________28
2.1.2 . La granulométrie à diffraction laser_________________________________________29
2.1.3. La spectroscopie à corrélation de photon _____________________________________30
2.1.4. La pycnométrie hélium__________________________________________________________31
2.2 . Etude de l’auto-échauffement d’une poudre_________________________________________33
2.2.1 . Etude de la réactivité d’une poudre__________________________________________33
2.2.2 . Etude des conditions de stockage d’une poudre______________________________________37
2.3 . Etude de l’explosivité d’une poudre _________________________________________________41
2.3.1. Etude de la sensibilité à l’inflammation______________________________________41
2.3.2 . Etude de la sévérité d’explosion______________________________________________44
3. SECURITE AU POSTE DE TRAVAIL _______________________ __________________________________47
3.1 . Contexte _________________________________________________________________________47
3.2 . Présentation de la démarche_________________________________________________________48
4. SELECTION DES NANOPOUDRES ETUDIEES _________________ ________________________________51
4.1 . Les noirs de carbone_______________________________________________________________51
4.2 . Les nanotubes de carbone__________________________________________________________51
4.3 . L’aluminium nanométrique__________________________________________________________52
5. REFERENCES _________________________________________ _________________________________53
CHAPITRE 2 : CARACTERISATION DES NANOPOUDRES ETUDIE ES____________________________________55
1. PROCEDES DE PRODUCTION DES NANOPOUDRES _____________ ______________________________56
1.1 . Les nanotubes de carbone__________________________________________________________56
1.2 . Les noirs de carbone________________________________________________________________57
1.3 . L’aluminium nanométrique__________________________________________________________57
2. CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES NANOPOUDRES ET UDIEES _________________________58
2.1 . La microscopie électronique ________________________________________________________58
2.1.1. Les nanotubes de carbone MWNTs ________________________________________________58
2.1.2 . Les noirs de carbone____________________________________________________________59
2
2.1.3. Les nanopoudres d’aluminium____________________________________________________60
2.2 . La granulométrie à diffraction laser ___________________________________________________61
2.2.1 . Les nanotubes de carbone ______________________________________________________61
2.2.2 . Les noirs de carbone___________________________________________________________62
2.2.3 . L’aluminium nanométrique ___________________________ ___________________________63
2.3 . Surfaces spécifiques BET des nanopoudres ___________________________________________63
2.4 . La masse volumique des nanopoudres et leur diame èBtrET_______________________________64
2.4.1. La masse volumique des nanopoudres _____________________________________________64
2.4.2 . Diamètre BET des nanopoudres___________________________________________________65
3. ETUDE DE L’AUTO-ECHAUFFEMENT D’UNE POUDRE __________ _______________________________65
3.1 . Etude de la réactivité d’une poudre _________________________________________________65
3.1.1. Les nanotubes de carbone ______________________________________________________65
3.1.2. Les noirs de carbone____________________________________________________________73
3.1.3. L’aluminium________________________________________ ___________________________75
3.2 . Etude de l’auto-échauffement des nanopoudres______________________________________78
4. ETUDE DE L’EXPLOSIVITE DES NANOPOUDRES _____________ _________________________________80
4.1 . Préparation des échantillons________________________________________________________80
4.2 . Etude de la sensibilité à l’explosion des nanopoeusdr____________________________________80
4.2.1. Mesures sur les nanopoudres carbonées____________________________________________80
4.2.2 . Mesures sur l’aluminium ____________________________ ____________________________81
4.3 . Etude de la sévérité d’explosion des nanopoudres ____________________________________83
4.3.1. Les nanopoudres de carbone : nanotubes et nociarrsb odne __________________________83
4.3.2. L’aluminium________________________________________ ___________________________85
REFERENCES_________________________________________ ______________________________________88
CHAPITRE 3 : DE L’EXPERIENCE A LA MODELISATION _____ ________________________________________91
1. LA THEORIE THERMIQUE DE L’INFLAMMATION _____________ ________________________________93
1.1 . Etude de l’inflammation d’une particule _____________________________________________93
1.2 . Etude de l’inflammation d’un nuage de particules ____________________________________94
1.2.1. Quelques aspects théoriques_____________________________________________________94
1.2.2 . Evolution de la température d’inflammation caovnecce nltara tion ______________________97
1.2.3. Conclusion_________________________________________ ___________________________97
2. REACTIVITE DES NANOPOUDRES _________________________ ________________________________98
2.1 . Aspects phénoménologiques et cinétiques : __________________________________________98
2.1.1. Etude du carbone ___________________________________ ___________________________98
2.1.2 . Etude de l’aluminium __________________________________________________________100
2.2 . Temps de combustion ___________________________________________________________103
2.2.1 . Etude du carbone ___________________________________ __________________________103
2.2.2 . Etude de l’aluminium __________________________________________________________105
3. ETUDE DE LA SENSIBILITE A L’EXPLOSION ______________ ___________________________________108
3.1 . La température d’inflammation d’une particule en nfcotion de son diamètre________________10 8
3.1.1. Etude du carbone ___________________________________ __________________________108
3.1.2. Etude de l’aluminium __________________________________________________________110
3.2 . La température minimale d’inflammation d’un nuage dparticules (TMI)___________________11 1
3.2.1. Etude des noirs de carbone ___________________________________________________111
3.2.2 . Etude de l’aluminium __________________________________________________________112
3.2.3. Synthèse des problèmes liés à la déterminatioan TMdIe dl’une nanopoudre_____________113
3.2.4. Les solutions à mettre en œuvre _________________________________________________114
3
3.2.5 . Les implications par rapport à la sécuritée lilndeu_s_t__ri_____________________________114
3.3 . L’énergie minimale d’inflammation d’un nuage de ptiacrules (EMI) ________________________115
3.3.1. Etude du carbone ___________________________________ __________________________118
3.3.2. Etude de l’aluminium __________________________________________________________118
3.3.3. Synthèse des problèmes liés à la déterminatio’EnM Id ed ’lune nanopoudre______________119
3.3.4. Les solutions à mettre en œuvre ___________________________________________119
3.3.5. Les implications par rapport à la sécuritée lilndeu_s_t__ri_____________________________120
3.4 . La concentration minimale d’explosion CME___________________________________________121
3.4.1. Modèles____________________________________________ _________________________121
3.4.2. Conclusions ________________________________________ __________________________122
4. LA SEVERITE D’EXPLOSION ____________________________ _________________________________122
4.1 . Pression maximale d’explosion_____________________________________________________122
4.1.1. Etude du noir de carbone et des nanotubes de eca__rb_o_n__________________________123
4.1.2. Etude de l’aluminium __________________________________________________________124
4.2 . Vitesse maximale de montée en pression ___________________________________________125
4.2.1. Vitesse laminaire de flamme des nuages de pouss_i_è_r_e___________________________126
4.2.2 . Lien entre la vitesse laminaire et la lveintes sde tfulrabumme_______________________138
4.2.3. Propagation de flamme dans une enceinte fermée ______________________________140
4.2.4. Comparaison entre la vitesse laminaire de flpaémrmiem eenxtale et celle prédite par la théorie
142
4.2.5 . Synthèse des problèmes liés à la déterminatioan sdéve élrité d’explosion d’une nanopoudre 148
4.2.6. Les solutions à mettre en œuvre ___________________________________________150
4.2.7. Les implications par rapport à la sécuritée lilndeu_s_t__ri_____________________________151
5. REFERENCES _________________________________________ ________________________________153
CHAPITRE 4 : ANALYSE DE RISQUES____________________ _______________________________________156
1. LES NANOPOUDRES : RISQUES INCENDIE ET EXPLOSION ____ _________________________________157
1.1 . Méthodologie proposée d’analyse des risques incened iet explosion :______________________15 7
1.1.1. Etape 1 : collecte des informations et iodne ndteisf idcantgiers _______________________158
1.1.2. Etape 2 : Evaluation des risques d’incendpileo sieotn _d_’e_x__________________________159
1.1.3. Etape 3: Hiérarchisation des risques d’explosi_o__n______________________________168
1.2 . Un exemple d’application de la méthode d’analyse rdiseque proposée_____________________168
1.2.1. Description d’une installation industriell_e_ _t__y_pe________________________________168
1.2.2 . Analyse du risque ATEX lors de l’alimentatiocné déu_ _pr___________________________170
1.2.3. Analyse du risque ATEX lors de la collectep oduedsr ensa_n_o_________________________171
1.2.4. Analyse du risque ATEX lors du nettoyage du p_r_o_c_é_d_é__________________________172
1.2.5 . Analyse du risque ATEX au sein de la cabinlea mài nfailruex ___________________________174
1.2.6. Analyse du risque ATEX de la zone de stockage________________________________175
1.2.7. Hiérarchisation des risques d’explosion____________________________________________177
1.3 . Quelques exemples de bonnes pratiques à mettre eunv rœe _____________________________178
1.3.1. Unité de production de nanopoudres d’aluminium _______________________________178
1.3.2. Utilisation d’un aspirateur industriel _______________________________________179
2. EVALUATION DU RISQUE DE DISPERSION DE NANOPARTICULE S : ETUDE DU CAS DE LA SPHERE
D’EXPLOSION DE 20L_________________________________ ______________________________________180
2.1 . Que sait-on de la toxicité des nanoparticules ?_________________________________________181
2.2 . Impacts du flux de danger sur les cibles ___________________________________________182
2.2.1 . Impact potentiel du flux de danger sur un opé rfaotreméur___________________________182
2.2.2 . Impact potentiel du flux de danger sur l’enveinrto nancetmif __________________________182
2.3 . Présentation de l’arbre de défaillance ______________________________________________182
2.4 . Positionnements des barrières de sécurité ____________________________________________184
4
2.5 . Conclusion_______________________________________________________________________186
3. REFERENCES _________________________________________ ________________________________187
CONCLUSION_________________________________________ ____________________________________188
ANNEXES ____________________________________________ ____________________________________192
1. METHODOLOGIE, APPAREILLAGES ET PROCEDURES__________ _______________________________193
1.1 . Présentation de la microscopie électronique___________________________________________193
1.2 . Présentation de la méthode de mesure de surface csifpiqéue BET _________________________193
1. LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE________________________ ________________________________195
2. LA MICROANALYSE X__________________________________ ________________________________202
3. LA GRANULOMETRIE LASER _____________________________ _______________________________204
3.1 . Noirs de carbone__________________________________________________________________204
3.2 . L’aluminium______________________________________________________________________205
3.2.1. Aluminium 100 nm ___________________________________ _________________________205
3.2.2 . Aluminium 200 nm ___________________________________ _________________________205
3.2.3. Aluminium micrométrique ____________________________ __________________________205
3.3 . Les nanotubes de carbone_________________________________________________________206
4. MESURE DE LA SURFACE BET DES NANOTUBES DE CARBONE __ _______________________________207
4.1 . Isotherme d’adsorption et de désorption des nanoetus bde carbones ______________________207
4.2 . Détermination de la surface spécifique des nanotusb ede carbone_________________________207
5. MODELES A CŒUR RETRECISSANT CYLINDRIQUES ___________ _______________________________208
6. RESULTATS DES REGRESSIONS MATHEMATIQUES MENEES SUR LES COURBES ATG DES NANOTUBES DE
CARBONE____________________________________________ ____________________________________211
6.1 . Résultats des régressions à 500°C ___________________________________________________211
6.2 . Résultats des régressions à 550°C ___________________________________________________212
6.3 . Résultats des régressions à 600°C ___________________________________________________213
6.4 . Erreurs au sens des moindres carrés à 550°C, sus r indteervalles de taux de conversion élargis__2 14
6.5 . Erreurs au sens des moindres carrés à 600°C, sus ri ndtervalles de taux de conversion élargis__2 14
7. ANALYSE CALORIMETRIQUE DIFFERENTIELLE ______________ ________________________________215
7.1 . Noirs de carbone_________________________________________________________________215
7.1.1. Thermal Black N990 _________________________________ __________________________215
7.1.2. Corax N550 _________________________________________ _________________________215
7.1.3. Corax N115 _________________________________________ _________________________216
7.1.4. Printex XE2 ________________________________________ __________________________217
7.2 . Les nanotubes de carbone_________________________________________________________217
7.3 . L’aluminium 100 nm______________________________________________________________219
8. EVOLUTION DE L’ENERGIE D’ACTIVATION DES NOIRS DE CA RBONE EN FONCTION DE LEUR TAUX DE
CONVERSION_________________________________________ ____________________________________220
8.1. Tracés isoconvertionnels réalisés pour chaque tydpee noir de carbone_____________________22 0
8.2. Evolution de l’énergie d’activation avec le taux cdoenversion ____________________________220
9. EVOLUTION DE L’ENERGIE D’INFLAMMATION EN FONCTION D E LA QUANTITE DE PRODUIT DISPERSE
DANS LE MIKE 3_____________________________________ ______________________________________222
9.1. Aluminium 100 nm________________________________________________________________222
5 m
m
m
m

9.2. Aluminium 200 nm_______________________________________________________________222
10. RESULTATS BRUTS DES TESTS REALISES EN SPHERE DE 20 L___________________________________223
10.1 . Thermal Black N990 ____________________________________________________________223
10.2 . Corax N550 ____________________________________________________________________223
10.3 . Corax N115 ____________________________________________________________________223
10.4 . Printex XE2 ________________________________________ ____________________________224
10.5 . Nanotubes de carbone__________________________________________________________224
10.6 . Aluminium nanométrique ________________________________________________________224
10.6.1. Aluminium 100 nm ___________________________________ _________________________224
10.6.2 . Aluminium 200 nm ___________________________________ _________________________225
10.7 . Aluminium micrométrique (Traoré 2007)__________________________________________225
10.7.1. Aluminium d =3 m__________________________________________________ _________225 32
10.7.2 . Aluminium d =9 m__________________________________________________ _________225 32
10.7.3. Aluminium d =21 m__________________________________________________ ________226 32
10.7.4. Aluminium d =27 m__________________________________________________ ________226 32
11. PRINCIPALES CARACTERISTIQUES D’INFLAMMABILITE ET D’ EXPLOSIVITE DES NANOPOUDRES TESTEES
227
11.1 . Thermal Black N990 _____________________________________________________________227
11.2 . Corax N550 ____________________________________________________________________228
11.3 . Corax N115 ____________________________________________________________________229
11.4 . Printex XE2 ________________________________________ ____________________________230
11.5 . Nanotubes de carbone___________________________________________________________231
11.6 . Aluminium 100 nm______________________________________________________________232
11.7 . Aluminium 200 nm_____________________________________________________________233
12. EVALUATION DU RISQUE ELECTROSTATIQUE _______________ _______________________________234
12.1 . Introduction ___________________________________________________________________234
12.2 . Techniques d’évaluation du risque électrostatique____________________________________234
12.2.1. Mesure de la résistivité volumique ________________________________________234
12.2.2 . Mesure du temps de décharge________________________ ___________________________235
12.3 . Résultats expérimentaux_________________________________________________________236
13. LA DESAGGLOMERATION DES NANOPARTICULES_____________ ______________________________237
13.1 . La turbulence en quelques mots___________________________________________________237
13.2 . Réflexions préliminaires__________________________________________________________238
13.3 . Quelques pistes concernant la désagglomération dneasn oparticules ____________________239
13.3.1. Diamètre de l’agglomérat inférieur à l’écheollmeo gdoer oKv _________________________239
13.3.2. Diamètre de l’agglomérat supérieur à l’échelloel mdoego rKov_________________________240
14. LES BARRIERES DE PREVENTION ET DE PROTECTION CONTRE LE RISQUE ATEX___________________242
14.1 . Mesures de prévention __________________________________________________________242
14.2 . Mesures de protection___________________________________________________________242
15. REFERENCES _________________________________________ ________________________________244

6
LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Hexagone de l’explosion de poussi.èr.e.s............................................ ...................24
Figure 2 : Influence du diamètre de parti’ciunlte nssuirt él de turbulence du milieu................. ..........26
Figure 3 : Schéma de fonctionnement d’un granulroemè.t......................................... ...............29
Figure 4 : Principe de fonctionnement d’un P.CS.............................................. ...................31
Figure 5 : Enregistrement du flux de chaleu r padré gla’gééchantillon............................... .............34
Figure 6 : Four isotherme permettant de réalsi steers tdse d’auto-échauffement.................................. ............38
Figure 7 : Evolutions typiques de la tempéruant usrteo cdk’age au cours du temps.................................. .........38
Figure 8 : Représentation schématique et photioegr adpuh Mike 3.................................. ............42
Figure 9 : Résultat d’un test de Mi=k1e0 3m J:, E=30 mJ, probabilité d’inflammation 4/5, EMI=14 mJ...... 421 2
Figure 10 : Présentation du four Godbert-Gree.n.w..a.l.d....................................... .................43
Figure 11 : Présentation de la sphère d’exploes i2o0n ldit.r.e.s..................................... ...........4.5
Figure 12 : Evolution de la vitesse de moenstsiéoen eanu prcours du temps.......................... ..........45
Figure 13 : Evolution de la surpression d’e x(plPo) seiotn de la vitesse de montée en pression .(.d.P./d.t. )..46m m
Figure 14 : Les cinq premières étapes de la mé tMhOoSAdRe (Module A-Approche macroscopique).......... .48
Figure 15 : Systèmes sources de danger ................................................... ......................49
Figure 16 : Le modèle MADS et les différenotnsn epmoesnittsi possibles de barrières de sécurité......... ....50
Figure 17 : Structure et surface spécifiquer s ddees ncoaribone en fonction du procédé de fabr.i.c.a.t.i.o.n. ...57
Figure 18 : Images TEM et MEB des nanotubes deo cnea rbMWNTs (200nm gauche)..................... .....5.9
Figure 19 : Particules agglomérées de Corax N.11.5............................................ ...................59
Figure 20 : Particules agglomérées de Printe.x. .X.E.2................................................................... .......................59
Figure 21 : Particules de Thermal Black N9.9.0.............................................. .....................59
Figure 22 : Particules agrégées de Corax N5.5.0.............................................. ....................59
Figure 23 : Images MEB à haute définition duel epsa rdt’iacluminium de 100 nm ....................... ........61
Figure 24 : Images MEB à haute définition duel epas rtdi’acluminium de 200 nm ...................... ........61
Figure 25 : Analyse thermogravimétrique des MW NdTisf àférentes températures dans l’air........... ....67
Figure 26 : Régression des résultats expérimeàn tdaiufxf érentes températuresl...................... .........70
Figure 27 : Détermination de l’énergie d’ac tdi’voxaytdiaotnion des nanotubes de carbone par ATG.............. ..71
Figure 28 : Taux de conversion des MWNTS en nf odnec tliao température .......................... .........72
Figure 29 : Tracé isoconvertionnel pour ditfafuxé rednet sc onversion (résultats de DSC)............ ........72
Figure 30 : Tracé iso-convertionnel modififéf éproeunrt sd itaux de conversion..................... ..........72
Figure 31 : Mesures de DSC réalisées sur ledse nocairbso ne. .................................... ................74
Figure 32 : Evolution de la température de drébauctt idoen en fonction de la surface spéciCBfsi.qu.e. .d.e 7s4
Figure 33 : Evolution de la température de dréébuatc tdieon en fonction de la structure DBP. .d.e.s. .CB.s. ..74
Figure 34 : Evolution de l’énergie d’activ naotiirosn ddee scarbone pour différents taux de cno.n.v.e.r.s.i.o. ..75
Figure 35 : Evolution du taux de conversuimioni udme nla’naolmétrique 100 nm vs. température......... .76
Figure 36 : Températures de début de réactiona lduemi nli’um nanométrique obtenues par DSC............ ..77
Figure 37 : Evolution de la température de adcétbuito nr éde l’aluminium en fonction du diamètre. .(.A.T.G. )77
Figure 38 : Détermination de l’énergie d’ac tpiavr améttihoonde isoconvertionnelle.................. ........78
Figure 39 : Evolution de l’énergie d’actilv’aaltuimioni udme 100 nm testé en fonction du taux vder scion7 8
Figure 40 : A gauche, la nacelle détruitet ee tl aà ndarcoeille intacte............................................... ..................79
Figure 41 : Détermination des tailles critei qpause sd éàp ansser en fonction de la température cdkaeg es to.79
Figure 42 : Evolution de la TMI des noirs ed e nc afrobonnction de .d.............................. ...8.1................BET
Figure 43 : Evolution de la CME des noirs dee ecna rfbonction de .d.............................. ..8.1.................BET
Figure 44 : Evolution de la TMI de l’aluminoinucmt ieonn fdu diamètre de Sauter. .d................... .................8232
Figure 45 : Evolution de la CME de l’aluminiaumè tdrue dde Sauter d.............................. .8.2...................32
Figure 46 : Evolution de l’énergie minimalmem adt’ionnf lavec la taill)e d(eds particules............. ...............8332
Figure 47 : Evolution de la pression d’expl ofsoinocnt ieonn de la concentration en carbon.e................... ........84
Figure 48 : Evolution de la pression maximalloes ido’enx pdes CBs en fonction de la surface .sp.é.c.i.f.i.q.u .e..84
Figure 49 : Evolution de la vitesse de moenstsiéoen eenn prfonction de la concentration en .c.a.r.bo.n.e.. ..84
Figure 50 : Evolution de la vitesse maximatlée deen pmroenssion des noirs de carbone.............. ......84
Figure 51 : Evolution de la pression d’expl ofsoinocnt ieon de la concentration d’aluminiu.m......... ......86
Figure 52 : Evolution de la pression maximalloes ido’ne xdpe l’aluminium en fonction de la sucrfifaciequ esp8é 6
Figure 53 : Evolution de la vitesse de moensstiéoen eenn prfonction de la concentration en .al.u.m.i.ni.u. m.86
Figure 54 : Evolution de la vitesse maximatléee deen moprnession de l’aluminium............................... ..........86
7 m

Figure 55 : Détermination de la températurem madt’inofnl ad’une particule.......................... ..........94
Figure 56 : Evolution du rapp oernt fRonction du diamètre pour une concentraétei.o.n. .f.i.x........... ..............96q
Figure 57 : Evolution du rapp oertn fRonction de la concentration pour un dixaémè.t.r.e. .f............ ..............96q
Figure 58 : Evolution de la température d’iinofnl aemnma tnuage en fonction de la concentra.t.i.o.n.... ...97
Figure 59 : Evolution du temps de combustionr tdiecsu lpaes de carbone en fonction de leur di.a.m.è.t.r.e .10.5.
Figure 60 : Evolution du temps de combustionr tdiecsu lpaes d’aluminium en fonction de leur di.a.m.èt.r.e1 .0.7
Figure 61 : Détermination de la température mmda’itnifolna d’une particule de carbone de 1m0. ........... ...109
Figure 62 : Température d’inflammation d’une paurltei cde carbone en fonction de son diamètr.e....... .1.0.9
Figure 63 : Evolution de la température d’inifolna mdma’utne particule d’aluminium vs. son dia.mè.t.r.e...... 111
Figure 64 : Evolution théorique de la tempé’irantfulraemm adtion (noirs de carbone).................. .....112
Figure 65 : Evolution de la température d’iinofnl a(mmaltuminium)................................. ..........113
Figure 66 : Evolution de l’énergie d’inflanmm aftoinocnt ieon de la richesse du mélange.............. .....117
Figure 67 : Evolution de l’EMI de l’aluminnicutm ieonn fdoe la taille des particules............... ........118
Figure 68 : Evolution de la CME en fonctioènt rdeu ddei apamrticule.............................. ...........121
Figure 69 : Evolution de la pression adiaebaxptlioqsuieo nd ’du carbone en fonction de la concne.n.t.ra.t.i.o 124
Figure 70 : Evolution de la pression adiaebaxptlioqsuieo nd ’de l’aluminium en fonction de la caotnicoennt12r4
Figure 71 : Evolution de la pression maximaleo sdi’oenx pavec la surface spécifique de l’al.u.m.i.n.iu.m... .125
Figure 72 : Front de flamme se propageant dansu augne nde particules............................. .........128
Figure 73 : Evolution de la vitesse lamaimnmeai rde’u nd em éflalnge air-aluminium vs. la taillert idceu lpae 136
Figure 74 : Evolution qualitative de laf lvamimet edses el ’dael uminium vs. le diamètre de par.t.i.c.u.l.e... ...138
Figure 75 : Evolution de la pression d’expl ofsoinocnt ieon du temps-logiciel KSEP6................. .......141
Figure 76 : Corrélation entre le temps de comnbu st teito les paramètres d’explosivité des CBs ets .d1e44s NTC1
Figure 77 : Evolution du rapport /SS en fonction de la température d’inflammation dqyunea.m.i...1 45UL,exp UL,calcul
Figure 78 : Evolution de /S avec la surface spécifique et la concentoriartsi odne ecna rnbone.... .146UL,calcul UL,exp
Figure 79 : Corrélation entre le temps de conmb uts teito les paramètres d’explosivité de l’alumi.n.i.u.m.14 7...1
Figure 80 : Corrélation entre les vitessess dcea lfclualmémes et les résultats expériment.a.ux......... ....148
Figure 81 : Démarche générale propre à l’analy srei sdqeue........................................ ..............158
Figure 82 : Principales étapes menant à la daétieornmi nde la probabilité d’occurrence d’une A.T.E.X..... .164
Figure 83 Principales étapes menant à la déteirominn adte la gravité de l’explosion d’une .A.T.E.X.......... .....167
Figure 84 : Schéma bloc des différentes étapesssa inréecse à la production et au stockage des nreasn.o1p6o9u d
Figure 85 : Opération de collecte des nanop.o.u.d.re.s......................................... ................171
Figure 86 : Score de criticité (« R= ») ’edxupl orissiqoune sdelon le poste de travail................ .........178
Figure 87 : Effets potentiels des nanoparthiacluéls.e.s .i.n....................................... .................181
Figure 88 : Arbre de défaillance du scénaeri ona-nfolpuaxr tdicules lors de l’utilisation de dlea 2s0phLè.re.. 183
Figure 89 : Positionnement des barrières deé sséucru rli’tarbre de défail.l.a.n.c.e...................... ....................185
Figure 90 : Représentation schématique d’un naen odteu bcarbone de longueur L0 et de rayon .R.0........ 2.0.8...
Figure 91 : Mesure du courant traversant l ad ec erlélsiuslteivité volumique...................................... ..............235
Figure 92 : Moulin à champ utilisé pour la mue stureemp sd de charge............................... ..........236
Figure 93 : Mesure du temps de décharge des naneost udbe carbone................................ .........236

8