Auteur moral

France. Bureau d'enquêtes et d'analyses sur les risques industriels

Auteur secondaire

Résumé

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Editeur

BEA-RI

Descripteur Urbamet

explosion ;enquête ;traitement des boues ;émission atmosphérique

Descripteur écoplanete

Thème

Ressources - Nuisances

Texte intégral

? ? ; ? ? . ? ? ? ? ? ? . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 1 :0 0 :0 0 0 1 :0 8 :0 0 0 1 :1 6 :0 0 0 1 :2 4 :0 0 0 1 :3 2 :0 0 0 1 :4 0 :0 0 0 1 :4 8 :0 0 0 1 :5 6 :0 0 0 2 :0 4 :0 0 0 2 :1 2 :0 0 0 2 :2 0 :0 0 0 2 :2 8 :0 0 0 2 :3 6 :0 0 0 2 :4 4 :0 0 0 2 :5 2 :0 0 0 3 :0 0 :0 0 0 3 :0 8 :0 0 0 3 :1 6 :0 0 0 3 :2 4 :0 0 0 3 :3 2 :0 0 0 3 :4 0 :0 0 0 3 :4 8 :0 0 0 3 :5 6 :0 0 0 4 :0 4 :0 0 0 4 :1 2 :0 0 0 4 :2 0 :0 0 0 4 :2 8 :0 0 0 4 :3 6 :0 0 0 4 :4 4 :0 0 0 4 :5 2 :0 0 0 5 :0 0 :0 0 0 5 :0 8 :0 0 0 5 :1 6 :0 0 0 5 :2 4 :0 0 0 5 :3 2 :0 0 0 5 :4 0 :0 0 0 5 :4 8 :0 0 0 5 :5 6 :0 0 Température du flux d'air dans le sécheur TEMP SORTIE Foyer TEMP.ENTREE tambour TEMP FUMEES sortie cyclone TEMP A GAINE RECYCLA BCY ? ? ? ? 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 :0 0 :0 0 0 1 :0 8 :0 0 0 1 :1 6 :0 0 0 1 :2 4 :0 0 0 1 :3 2 :0 0 0 1 :4 0 :0 0 0 1 :4 8 :0 0 0 1 :5 6 :0 0 0 2 :0 4 :0 0 0 2 :1 2 :0 0 0 2 :2 0 :0 0 0 2 :2 8 :0 0 0 2 :3 6 :0 0 0 2 :4 4 :0 0 0 2 :5 2 :0 0 0 3 :0 0 :0 0 0 3 :0 8 :0 0 0 3 :1 6 :0 0 0 3 :2 4 :0 0 0 3 :3 2 :0 0 0 3 :4 0 :0 0 0 3 :4 8 :0 0 0 3 :5 6 :0 0 0 4 :0 4 :0 0 0 4 :1 2 :0 0 0 4 :2 0 :0 0 0 4 :2 8 :0 0 0 4 :3 6 :0 0 0 4 :4 4 :0 0 0 4 :5 2 :0 0 0 5 :0 0 :0 0 0 5 :0 8 :0 0 0 5 :1 6 :0 0 0 5 :2 4 :0 0 0 5 :3 2 :0 0 0 5 :4 0 :0 0 0 5 :4 8 :0 0 0 5 :5 6 :0 0 Evolution des températures de bas de cyclone TEMP.CYCLONE 1 TEMP.CYCLONE 2 TEMP.CYCLONE 3 TEMP.CYCLONE 4 I VENT PRINCIPAL 1 BCY ? ? ? ? ? ? ? ; ? ? Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 14/06/2024 Appui technique de l?Ineris en réponse à la saisine du BEA-RI à la suite de l?explosion dans un sécheur rotatif de pulpes de betteraves de la société TEREOS sur son site de Bucy-le-Long (02) le 09 octobre 2023 (ID Modèle = 454913) Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 2 sur 49 PRÉAMBULE Le présent document a été réalisé au titre de la mission d?appui aux pouvoirs publics confiée à l?Ineris, en vertu des dispositions de l?article R131-36 du Code de l?environnement. La responsabilité de l'Ineris ne peut pas être engagée, directement ou indirectement, du fait d?inexactitudes, d?omissions ou d?erreurs ou tous faits équivalents relatifs aux informations utilisées. L?exactitude de ce document doit être appréciée en fonction des connaissances disponibles et objectives et, le cas échéant, de la réglementation en vigueur à la date d?établissement du document. Par conséquent, l?Ineris ne peut pas être tenu responsable en raison de l?évolution de ces éléments postérieurement à cette date. La mission ne comporte aucune obligation pour l?Ineris d?actualiser ce document après cette date. Au vu de ses missions qui lui incombent, l'Ineris, n?est pas décideur. Les avis, recommandations, préconisations ou équivalent qui seraient proposés par l?Ineris dans le cadre des missions qui lui sont confiées, ont uniquement pour objectif de conseiller le décideur dans sa prise de décision. Par conséquent, la responsabilité de l'Ineris ne peut pas se substituer à celle du décideur qui est donc notamment seul responsable des interprétations qu?il pourrait réaliser sur la base de ce document. Tout destinataire du document utilisera les résultats qui y sont inclus intégralement ou sinon de manière objective. L?utilisation du document sous forme d'extraits ou de notes de synthèse s?effectuera également sous la seule et entière responsabilité de ce destinataire. Il en est de même pour toute autre modification qui y serait apportée. L'Ineris dégage également toute responsabilité pour chaque utilisation du document en dehors de l?objet de la mission. Nom de la Direction en charge du rapport : DIRECTION GENERALE Rédaction : COLLET Martin, PROD?HOMME Gaetan Vérification : BINOTTO GHISLAIN; CHAUMETTE SYLVAIN; STOUVENEL MICKAEL; LE-ROUX BENJAMIN Approbation : PIQUETTE BERNARD - le 14/06/2024 Liste des personnes ayant participé à l?étude : Thomas FAGNON, Arnaud PAPIN, Nicolas CHATELIER Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 3 sur 49 Table des matières 1 Introduction......................................................................................................................................6 1.1 Déontologie..............................................................................................................................6 1.2 Contexte ..................................................................................................................................6 2 Description succincte des installations concernées et des circonstances de l?accident..................7 2.1 Description générale de la ligne de séchage...........................................................................7 2.2 Circonstances des évènements du 9 octobre 2023 ................................................................7 3 Etude de caractérisation des poussières de pulpe de betterave.....................................................9 3.1 Synthèse des données recueillies dans la littérature sur les caractéristiques de pulpes de betteraves............................................................................................................................................9 3.2 Caractérisation d?un échantillon de pulpe de betterave en sortie de sécheur sur le site de TEREOS............................................................................................................................................10 3.2.1 Essais sur la pulpe de betterave brute ..........................................................................11 3.2.2 Essai sur la pulpe de betterave séchée.........................................................................14 4 Conclusions et réponses aux questions du BEA-RI ......................................................................18 5 Annexes.........................................................................................................................................20 Table des figures Figure 1 : Exemple de schéma de fonctionnement d'une ligne de séchage ...........................................7 Figure 2 : Clichés photographiques de l'échantillon TEREOS "pulpe de betterave" - référence Ineris "24AC953" tel que reçu le 15/01/2024 ..................................................................................................11 Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 4 sur 49 Résumé Ce rapport a pour objectif de répondre à une sollicitation du BEA-RI formulée le 10 novembre 2023, dans le cadre d?une enquête après accident concernant l?explosion d?une ligne de séchage de pulpe de betterave destinée à la fabrication de pellets pour la consommation animale. L'Ineris a répondu aux interrogations suivantes, soulevées par le BEA-RI : - La possibilité de formation d?une atmosphère explosive « poussière » par la pulpe de betterave, - La possibilité de formation d?une atmosphère explosive « gaz » relative aux gaz de pyrolyse de la pulpe de betterave, - Le cas échéant, statuer sur l?énergie d?activation de ces atmosphères explosives suivant les modes envisageables suivants : 1 Inflammation par les gaz chauds du four, 2 Auto-échauffement de la pulpe, 3 Introduction d?un point incandescent (escarbille) lors de l?ouverture, - En complément : 1 Quelles sont les variations des propriétés d?explosivité de la pulpe en fonction de l?humidité, 2 Quelle évolution du taux d?humidité de la pulpe dans le sécheur dans les conditions ayant menées à l?accident, Pour citer ce document, utilisez le lien ci-après : Institut national de l?environnement industriel et des risques, Appui technique de l?Ineris en réponse à la saisine du BEA-RI à la suite de l?explosion dans un sécheur rotatif de pulpes de betteraves de la société TEREOS sur son site de Bucy-le-Long (02) le 09 octobre 2023, Verneuil-en-Halatte : Ineris - 228084 - v1.014/06/2024. Mots-clés : Auto-échauffement, BEA-RI, Betterave (pulpe), Bucy-le-Long, cyclone, explosion, poussière, pulvérulent, sécheur, TEREOS. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 5 sur 49 Glossaire : ATD / ATG : Analyse thermique différentielle couplée à une analyse thermogravimétrique. ATEX : Atmosphère explosible ou Atmosphère explosive. BEA-RI : Bureau d'enquêtes et d'analyses - Risques industriels. EMI : Energie Minimale d?Inflammation. ICPE : Installation classée pour l?environnement. Ineris : Institut national de l?environnement industriel et des risques. INRS : Institut National de Recherche et de Sécurité. TAI : Température d?auto-inflammation. TMI : Température Minimale d?inflammation. VMP : Vitesse de montée en pression. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 6 sur 49 1 Introduction 1.1 Déontologie Durant ces 5 dernières années, et en dehors d?actions de formation, l?Ineris a réalisé 3 prestations pour le groupe TEREOS dont 2 pour le site de Bucy-le Long (02). Ces prestations n?ont pas de lien avec les installations objets de la saisine du BEA-RI. 1.2 Contexte Une explosion s?est produite dans la nuit du 9 octobre 2023 dans une ligne de séchage de pulpe de betterave sur la sucrerie de la société TEREOS à Bucy-le-Long (02). La ligne de séchage impliquée dans l?explosion inclut un four à charbon, un sécheur rotatif à tambour d?environ 150 m3, 4 cyclones et une recirculation d?air chaud. Les principaux dégâts ont été observés au niveau du tambour de séchage et des cyclones de la ligne. Deux personnes ont été blessées et la plupart des parois du bâtiment ont été soufflées (fibrociment amianté). Le BEA-RI a décidé le 12/10/2023 d?ouvrir une enquête sur l?accident et a souhaité mobiliser l?expertise de l'Ineris (via une lettre de saisine datée du 24/10/2023 et réceptionnée par l?Ineris le 12/04/2024, présentée en Annexe 1) pour répondre aux interrogations suivantes, soulevées par le BEA-RI : - La possibilité de formation d?une atmosphère explosive « poussière » par la pulpe de betterave, - La possibilité de formation d?une atmosphère explosive « gaz » relative aux gaz de pyrolyse de la pulpe de betterave, - Le cas échéant, statuer sur l?énergie d?activation de ces atmosphères explosives suivant les modes envisageables suivants : 1 Inflammation par les gaz chauds du four, 2 Auto-échauffement de la pulpe, 3 Introduction d?un point incandescent (escarbille) lors de l?ouverture, - En complément : 1 Quelles sont les variations des propriétés d?explosivité de la pulpe en fonction de l?humidité, 2 Quelle évolution du taux d?humidité de la pulpe dans le sécheur dans les conditions ayant menées à l?accident, Pour répondre à ces interrogation, l?Ineris a réalisé : - une étude bibliographique pour identifier les données d?inflammabilité et d?explosivité de la pulpe de betterave ainsi que son comportement vis-à-vis de l?auto-échauffement, - des essais de caractérisation d?inflammabilité et explosivité d?un échantillon de pulpe de betterave déshydraté issue d?un site de production de pellets de betterave de la société TEREOS, Après une brève présentation du contexte accidentel, l?Ineris présente les résultats de ces investigations puis une synthèse des résultats est réalisée au regard des questions du BEA-RI. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 7 sur 49 2 Description succincte des installations concernées et des circonstances de l?accident Les descriptions présentées dans ce chapitre résultent des échanges avec le BEA-RI et sont basées sur les documents transmis par le Bureau, l?Ineris ne s?étant pas rendu sur place et n?ayant pas échangé directement avec l?industriel. 2.1 Description générale de la ligne de séchage L?installation concernée est une ligne de séchage « Promill » datant de 1970 composée d?un four à charbon ouvert donnant sur un tambour de séchage dit « à trois passages ». L?installation a pu être modifiée depuis son installation. La circulation de l?air chaud et du produit est assurée par une aspiration permanente et des cyclones (4) destinés à récupérer le produit en sortie de tambour. Le séchage permet de passer d?un taux d?humidité des pulpes de 72 % à 12 % avec un temps de passage d?environ 7 minutes dans le sécheur en conditions nominales. Figure 1 : Exemple de schéma de fonctionnement d'une ligne de séchage L?ensemble des produits (charbon et pulpe) est chargé par la société Schuller. En sortie des cyclones, les pulpes sont réhumidifiées par vapeur pour être pressées et sorties en pellets destinés à l?alimentation animale. Le volume interne du sécheur à tambour est d?environ 315 m3 et le débit d?alimentation en pulpe de betterave avoisine les 12 t/h. La recirculation de gaz chaud revient dans la chambre du four à charbon. 2.2 Circonstances des évènements du 9 octobre 2023 Le 9 octobre 2023, durant la nuit, plusieurs bourrages successifs ont eu lieu dans un ou plusieurs cyclones situés en aval du sécher à tambour. Afin de débourrer ces cyclones pour relancer la production, les opérateurs ont stoppé l?alimentation en pulpe venant du sécheur en isolant ce dernier (pas de circulation d?air, ni de pulpe). Après avoir réalisé cette opération à plusieurs reprises durant la nuit, les opérateurs ont laissé le soin au quart suivant de débourrer et redémarrer les cyclones, puis de rouvrir la guillotine entre le four et le sécheur pour donner suite au dernier bourrage de cyclone. Une explosion s?est alors produite lors de la remise en route des cyclones et la réouverture de la guillotine. Le tambour de séchage a subi des effets importants ainsi que les parties supérieures de plusieurs des cyclones. A noter qu?entre le début de l?isolement du sécheur et sa réouverture par le quart suivant, un laps de temps d?environ 3h30 est passé. Cyclone Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 8 sur 49 Au début de l?enquête, les premiers constats recueillis par le BEA-RI sont : - La présence très probable de pulpe de betterave dans le tambour de séchage en rotation sans circulation d?air ou de produit, et ce durant plusieurs heures, - L?observation d?une température descendante dans le tambour, - L?observation d?une température descendante dans les cyclones sauf cyclone 3 présentant une remontée en température inhabituelle, - Une concentration de CO limitée à 113 ppm dans la zone four découplée du tambour durant toute la période de mesure, - Ventelles d?alimentation du four fermé, - Evacuation des fumées du four. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 9 sur 49 3 Etude de caractérisation des poussières de pulpe de betterave Ce chapitre présente les travaux menés par l?Ineris pour apporter des éclairages aux questions posées par le BEA-RI (voir chapitre 1.2). Dans un premier temps (Chapitre 3.1), une recherche bibliographique est menée pour collecter les informations quant aux caractéristiques d?explosivité de la pulpe de betterave. Dans un second temps (Chapitre 3.2), des essais sont menés pour : ? Compléter ces données d?explosivité au travers d?essais portant sur la pulpe de betterave, ? Caractériser l?auto-échauffement des pulpes de betterave, ? Caractériser la production de gaz de pyrolyse de la pulpe de betterave. Ces essais sont menés sur des échantillons de pulpe directement sortis de séchoir fourni par Tereos, puis sur des échantillons ayant subi un processus de séchage/broyage illustratif des conditions de process avant l?accident. Les résultats sont discutés dans le chapitre 4 pour répondre aux questions du BEA-RI. 3.1 Synthèse des données recueillies dans la littérature sur les caractéristiques de pulpes de betteraves L?Ineris a réalisé une étude bibliographique sur la base de données GESTIS-CARATEX, afin de déterminer les caractéristiques d?inflammabilité et d?explosivité de produits similaires à de la pulpe de betterave1. Les données sont recensées ci-dessous : Essai Echantillon de « betterave sucrière, pellets » Echantillon de « betterave sucrière, pellets » Echantillon de « Betterave sucrière, pellets, dépôt de poussière, silo/bande transporteuse » Echantillon de « Betterave sucrière, pellets, dépôt de poussière, hall de dépôt/bande transporteuse » Granulométrie 90 % < 500 µm Dv 50 = 50 µm 100 % < 63 µm Dv 50 = 27 µm 100 % < 500 µm 94 % < 250 µm 61 % < 125 µm Dv 50 = 106,4 µm 86 % < 500 µm 72 % < 250 µm 24 % < 125 µm Dv 50 = 179,8 µm Taux d?humidité 12 % 3,7 % 6,1 % 8,3 % Limite Inférieure d?Explosivité (LIE) 125 g.m-3 125 g.m-3 30 g.m-3 125 g.m-3 Violence d?explosion (Kst, Pmax) Pmax = 4,5 bar Kst = 16 bar.m.s-1 (Classe d?explosivité St1) Pmax = 8,4 bar Kst = 87 bar.m.s-1 (Classe d?explosivité St1) Pmax = 7,4 bar Kst = 33 bar.m.s-1 (Classe d?explosivité St1) Pmax = 6,8 bar Kst = 24 bar.m.s-1 (Classe d?explosivité St1) 1 Base de données GESTIS-CARATEX : Recherche par mot clefs « betterave » : https://staubex.ifa.dguv.de/exploergebnis.aspx?lang=f https://staubex.ifa.dguv.de/exploergebnis.aspx?lang=f Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 10 sur 49 Essai Echantillon de « betterave sucrière, pellets » Echantillon de « betterave sucrière, pellets » Echantillon de « Betterave sucrière, pellets, dépôt de poussière, silo/bande transporteuse » Echantillon de « Betterave sucrière, pellets, dépôt de poussière, hall de dépôt/bande transporteuse » Energie Minimale d?Inflammation (EMI) > 106 mJ > 1000 mJ > 1000 mJ > 1000 mJ Température Minimale d?Inflammation en nuage - 400°C (en four BAM) - - Température Minimale d?Inflammation en couche 270°C 270°C - - Tableau 1 : Synthèse des données d'inflammabilité et d'explosivité recensés sur la base de données GESTIS-CARATEX Les données recensées sont relatives aux betteraves sucrières et non à la pulpe de betterave qui est, un déchet issu du procédé de production de sucre à partir de betteraves sucrières et destiné à la production de nourriture animale. Etant donné les informations collectées à la suite de la recherche bibliographique qui ne sont pas représentative d?un échantillon de « pulpe » et le fait que la teneur en sucre des betteraves évolue en fonction des années, la réalisation d?essais de caractérisation de l?inflammabilité et de l?explosivité des pulpes de betterave (chapitre 3.2) est nécessaire pour pouvoir répondre de manière précise aux sollicitations du BEA-RI sur l?explosion survenue le 9 octobre sur le site de Bucy-le-Long. 3.2 Caractérisation d?un échantillon de pulpe de betterave en sortie de sécheur sur le site de TEREOS Le site TEREOS d?Origny-Sainte-Benoîte (02), a mis à disposition de l?Ineris un échantillon de pulpe de betterave récolté en sortie de sécheur. L?échantillon fourni par la société TEREOS a été réceptionné dans les laboratoires de l?Ineris le 15/01/2024 et identifié de la manière suivante : - Référence TEREOS « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » (Cf. Figure 2). Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 11 sur 49 Figure 2 : Clichés photographiques de l'échantillon TEREOS "pulpe de betterave" - référence Ineris "24AC953" tel que reçu le 15/01/2024 Les essais réalisés ont pour objectif de : - Caractériser l?explosivité et l?inflammabilité de la pulpe dans sa forme nominale (pulpe de betterave brute) dans le procédé de séchage ; - Caractériser l?explosivité et l?inflammabilité de la pulpe telle qu?elle a pu se retrouver dans le sécheur le jour de l?accident (pulpe de betterave séchée). Les résultats de ces essais sont synthétisés dans les chapitres suivants. Les résultats des mesures d?essais sont présentés en Annexe 2 et les descriptions d?essais en Annexe 3. 3.2.1 Essais sur la pulpe de betterave brute Dans le chapitre suivant, sont présentés les essais réalisés sur l?échantillon de « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » tels que reçus par l?Ineris. Les essais suivants ont été réalisés avec le produit brut afin de caractériser les risques d?inflammabilité et d?explosivité de la pulpe de betterave brute, telle que retrouvée de manière nominale dans le procédé de séchage. En effet, par sa distribution granulométrique bien supérieure à 500 µm (Cf. Figure 2), la probabilité de formation d?une ATEX en cas de mise en suspension de ce produit est très faible. Essai (Référentiel) Echantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » Observation / Commentaire / Interprétation / Conclusion Granulométrie par tamisage mécanique > 1 mm : 98,4 % 1 mm ? 500 ?m : 1,0 % 500 ?m ? 315 ?m : 0,3 % 315 ?m ? 180 ?m : 0,3 % 180 ?m ? 100 ?m : 0,0 % 100 ?m ? 63 ?m : 0,0 % 63 ?m ? 40 ?m : 0,0 % 40 ?m ? 32 ?m : 0,0 % L?échantillon est constitué à 0,6 % de particules fines (i.e. < 500 ?m). Il est important de noter que l?échantillon reçu par l?Ineris pourrait contenir moins de particules fines que l?échantillon impliqué dans l?accident du 9 octobre. En effet, l?échantillon reçu par l?Ineris a été récupéré en sortie de cyclone, contrairement à l?échantillon impliqué qui est resté en rotation dans le sécheur, en amont du cyclone. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 12 sur 49 Essai (Référentiel) Echantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » Observation / Commentaire / Interprétation / Conclusion Taux d?humidité 11,26 % / Limite Inférieure d?Explosivité (LIE) en sphère de 20 L (NF EN 14034-1 et ? 2 / NF EN ISO/IEC 80079-20-2) / Aucune surpression supérieure à 0,3 bar n?a été observée lors de l?essai en sphère de 20 L avec inflammateurs de 2 KJ (Cf. Figure ). Cet échantillon n?est donc pas susceptible de générer une ATEX lors de sa mise en suspension dans l?air. ATD/ATG (ASTM E 2550) - Un phénomène exothermique initié à environ 230°C et s?étalant jusqu?à 300°C environ. La température pour laquelle l?écart de température entre l?échantillon et le témoin atteint 50°C est d?environ 238°C. La perte de masse correspondant à ce phénomène exothermique est de l?ordre de 85 %. - La température maximale atteinte lors du phénomène exothermique est de l?ordre de 600°C. - A 800°C, la perte de masse de l?échantillon est de 15 %. Cet échantillon est combustible et possède une réactivité élevée (T < 250°C) vis-à-vis de l?oxy- réactivité2. Etant donné l?oxy-réactivité du produit testé, l?essai doit être complété par un essai d?auto- échauffement visant à déterminer le domaine de la taille critique en fonction de la température à partir duquel un risque d?auto-inflammation est possible. 2 RAPPORT D?ÉTUDE, N°DRA ? 2005 ? 46055, 01/02/2005 : Méthodes pour l?évaluation et la prévention des risques accidentels (DRA 35 - rapport ? 11), Connaissance des phénomènes d?auto-échauffement des solides combustibles. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 13 sur 49 Essai (Référentiel) Echantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » Observation / Commentaire / Interprétation / Conclusion Essais d?auto- échauffement en étuves isothermes (NF EN 15188) Températures d?auto-inflammation mesurées expérimentalement : - 125 cm3 = 202°C, - 216 cm3 = 192°C, - 614 cm3 = 177°C, - 1000 cm3 = 172°C, Les valeurs de températures critiques présentées ci-dessous ont été extrapolées selon la théorie de l?auto-échauffement3 (Cf. Figure A5) : - A 150°C, un auto-échauffement est possible pour un stockage cubique d?arête supérieure à 17 cm ; - A 125°C, un auto-échauffement est possible pour un stockage cubique d?arête supérieure à 36 cm ; - A 100°C, un auto-échauffement est possible pour un stockage cubique d?arête supérieure à 80 cm ; - A 75°C, un auto-échauffement est possible pour un stockage cubique d?arête supérieure à 2 m ; - A 50°C, un auto-échauffement est possible pour un stockage cubique d?arête supérieure à 6 m ; - D?autres extrapolations ont été effectuées pour différentes formes de stockages (cylindre, dépôt), elles sont présentées à la Figure A6 (Annexe 2) Tableau 2 : Résultats d'essais sur l?échantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » brute L?analyse de ces essais montre notamment que l'échantillon de pulpe de betterave brut ne présente pas de risque de formation d'atmosphères explosives (ATEX), principalement en raison de sa granulométrie élevée (> 500 µm). En effet, aucune surpression supérieur à 0,3 bar n?a été mesurée lors de l?essai de LIE. Par ailleurs, la température de la pulpe en sortie de sécheur étant d?environ 100°C, un auto-échauffement est possible pour un volume cubique d?environ 80 cm d?arête (valeur similaire pour un stockage cylindrique), ce qui peut valider l?hypothèse d?un auto-échauffement dans le cyclone N°3 (observation d?une température montante). Les essais montrent également que la cinétique du phénomène d?auto-échauffement est rapide, les temps d?inductions expérimentaux (intervalles entre l?atteinte de la température de l?étuve et l?amorçage d?une inflammation) étant inférieurs à 1 h d?après les données. Il est d?ailleurs probable que cette cinétique d?auto-échauffement soit plus rapide en situation réelle étant donné la température de la pulpe en sortie de sécheur. 3 Diffusion and heat transfer in chemical kinetics, FRANCK-KAMENETSKII D.A., 1969, Plenum Press Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 14 sur 49 3.2.2 Essai sur la pulpe de betterave séchée Lors des essais exposés dans le chapitre précédent, il a été observé que l'échantillon de pulpe de betterave brut ne présentait pas de risque d'atmosphères explosives (ATEX), principalement en raison de sa granulométrie élevée (> 500 µm). Afin de reproduire au mieux les conditions de l'accident et d'identifier les facteurs ayant pu conduire à l'explosion survenue le 9 octobre sur le site de Bucy-le-Long (02), nous avons pris en compte les conditions présumées à l'intérieur du tambour de séchage juste avant l'incident, comme indiqué dans les premières constatations du BEA-RI : - La présence de pulpe de betterave dans le tambour de séchage en rotation (température non monitorée) sans circulation d?air ou de produit, et ce durant plusieurs heures (environ 3 h 30), - L?observation d?une température descendante dans le tambour, - Ventelles d?alimentation du four fermées, - Evacuation des fumées du four. 3.2.2.1 Essais d?abrasion sur la pulpe de betterave séchée L?Ineris a ainsi mis en place les essais suivants afin de s?approcher au mieux des circonstances accidentelles : - Séchage à 110°C pendant 3 h 30, - Passage en tambour d?abrasion (TAR II ERWEKA) pendant 3 h 30. Essai (Référentiel) Echantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » Observation / Commentaire / Interprétation / Conclusion Granulométrie par tamisage mécanique après séchage pendant 3h30 à 110°C > 1 mm : 97,1 % 1 mm ? 500 ?m : 1,3 % 500 ?m ? 315 ?m : 0,4 % 315 ?m ? 180 ?m : 0,3 % 180 ?m ? 100 ?m : 0,4 % 100 ?m ? 63 ?m : 0,3 % 63 ?m ? 40 ?m : 0,1 % 40 ?m ? 32 ?m : 0,0 % L?échantillon est constitué à 1,6 % de particules fines (i.e. < 500 ?m). Granulométrie par tamisage mécanique après séchage pendant 3h30 à 110°C et 3h30 en roue abrasive > 1 mm : 94 % 1 mm ? 500 ?m : 1,4 % 500 ?m ? 315 ?m : 0,5 % 315 ?m ? 180 ?m : 0,5 % 180 ?m ? 100 ?m : 1,2 % 100 ?m ? 63 ?m : 0,7 % 63 ?m ? 40 ?m : 0,7 % 40 ?m ? 32 ?m : 1,0 % L?échantillon est constitué à 4,6 % de particules fines (i.e. < 500 ?m). L?échantillon présente une propension à l?abrasion. Tableau 3 : Résultats d'essais de granulométrie de l?échantillon de pulpes de betterave Après l?essai en roue abrasive de l?échantillon séché à 110°C pendant plusieurs heures, on observe que la quantité de particules fines susceptibles de générer des ATEX est de 4,6 % environ (0,6 % pour le produit brut uniquement séché). On peut en conclure que l?échantillon de pulpe de betterave séchée présente une propension à l?abrasion (usure par frottement des particules) non négligeable. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 15 sur 49 En considérant un débit d?alimentation en pulpe de betterave d?environ 12 t/h et un temps de séjour nominal dans le tambour de 7 min, la quantité probablement restée en rotation dans le sécheur pendant l?arrêt avoisine les 1,4 t. Avec une composition de particule inférieure à 500 µm de 64,4 kg (1400 kg x 4,6%) dans le sécheur de volume égal à 315 m3, la concentration de particules fines (< 500 µm) aurait pu être de 204 g/m3 avant l?explosion (64,4 kg / 315 m3). L?échantillon de pulpe de betterave analysé par l?Ineris dans le cadre de cette enquête a été récupéré en pied de cyclone, en fonctionnement normal du procédé. Il est probable qu?une proportion des particules fines soit entrainée en tête de cyclone et ne se retrouve donc pas dans l?échantillon testé. La pulpe de betterave bloquée dans le tambour lors de l?accident n?est pas passée par cette étape de séparation dans le cyclone et pourrait donc présenter une proportion plus importante de particules fines. 3.2.2.2 Essais d?explosivité et d?inflammabilité sur la partie fine de l?échantillon Les essais ci-dessous ont été réalisés après séchage (3h30 à 110°C) et broyage de la pulpe (< 500 µm) afin de caractériser l?inflammabilité et l?explosivité des poussières fines de betteraves, telles qu?elles auraient pu se retrouver dans le sécheur avant l?explosion. Essai (Référentiel) Echantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » séchée et broyée Observation / Commentaire / Interprétation / Conclusion Granulométrie par diffraction LASER (ISO 13320) Dv (10) = 78,6 µm Dv (50) = 395 µm Dv (90) = 643 µm 7,00 % < 63 µm 14,87 % < 180 µm 29,23 % < 315 µm 73,03 % < 500 µm L?échantillon séché et broyé est constitué à 73,03 % de particules fines (i.e. ? 500 ?m), la granulométrie médiane est de 395 µm (Figure ). Taux d?humidité 0,28 % - EMI avec inductance (NF EN ISO/IEC 80079-20- 2)$ 300 mJ < EMI < 1000 mJ L?échantillon testé est peu sensible aux phénomènes électrostatiques. Violence d?explosion en sphère de 20L (NF EN 14034-1 et ? 2 / NF EN ISO/IEC 80079-20-2) Pmax = 7,9 bars (+/- 10%) (dP/dt)max = 282 bars.s-1 (+/- 20%) Kst = 77 bar.m.s-1 (+/- 20%) Classe d?explosion : St1 Cet échantillon est susceptible de générer une ATEX lors de sa mise en suspension dans l?air avec une violence d?explosion faible (Classe d?explosion : St1). Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 16 sur 49 Essai (Référentiel) Echantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » séchée et broyée Observation / Commentaire / Interprétation / Conclusion Limite Inférieure d?Explosivité (LIE) en sphère de 20 L (NF EN 14034-1 et ? 2 / NF EN ISO/IEC 80079-20-2) LIE = 190 g.m-3 (+/- 10%) Cet échantillon est susceptible de générer une ATEX lors de sa mise en suspension dans l?air pour une limite inférieure d?inflammabilité de 190 g.m-3 (+/- 10%). TMInuage (NF EN ISO/CEI 80079-20- 2) TMInuage = 420°C Le contact entre un nuage de poussière et la paroi d?un équipement dont la température dépasse 420°C pourrait entrainer l?inflammation de ce nuage. Tableau 4 : Résultats des essais réalisés sur la partie fine de l?échantillon de pulpe de betterave « 24AC953 » Les essais réalisés sur l?échantillon de pulpe de betterave séchée et broyée sont présentés dans le Tableau 4. Ils nous permettent d?apporter des éléments de réponse par rapport aux caractéristiques de la pulpe étant restée dans le sécheur à la suite d?un fonctionnement dégradé du procédé dû à un bourrage dans un ou plusieurs cyclones). En effet, en considérant que la pulpe bloquée pendant plusieurs heures dans le sécheur en rotation ait subi une abrasion consécutive aux chocs entre particules de pulpe ou contre les parois du sécheur. Elle aurait ainsi pu générer des poussières plus fines (< 500 µm) étant susceptibles de générer des ATEX. À la suite des essais réalisés au § 3.2.2.1, il a été montré qu?une concentration de particules fines de l?ordre de 200 g/m3 (ou supérieure) était probable dans le sécheur resté en rotation. Cette concentration étant supérieure à la LIE mesurée sur l?échantillon de pulpe séchée et broyée, la présence d?une ATEX composée d?un mélange de fines de pulpe de betterave dans l?air est considérée comme probable. Concernant l?énergie d?activation du phénomène d?explosion, il est difficile de statuer mais nous pouvons amener les éléments suivants : - L?échantillon présente une EMI entre 300 mJ et 1 J, cette énergie peut être apportée par des décharges électrostatique de type « étincelle » ou « glissante de surface ». Cette dernière étant une décharge énergétique causée par le claquage électrique à travers une couche diélectrique ayant une charge égale et opposée de part et d?autre de sa surface. - L?échantillon présente une Température Minimale d?Inflammation en nuage d?environ 420°C. 3.2.2.3 Essai en four tubulaire Les essais en four tubulaire nous permettent de caractériser de manière qualitative et quantitative, les gaz de pyrolyse émis lors du « blocage » de la pulpe dans le sécheur. Il s?agit notamment d?identifier les gaz pouvant être générés lors de l?échauffement du produit dans ces conditions de température et sous atmosphère contrôlée représentative des conditions possibles dans le sécheur lors de l?accident. Par manque d?informations concernant la température à l?intérieur du sécheur, ces essais ont été réalisés à une température de 400°C afin de représenter une valeur située entre la température d?entrée de l?air chaud (700-800°C) et la température en sortie du four (environ 100°C). Le taux d?oxygène des essais est de 20% et 10% pour représenter une situation « normale » et une situation où le taux d?oxygène aurait pu être plus faible, lors de l?isolement du sécheur sans apport d?air, ni de pulpe. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 17 sur 49 Les essais ont été réalisés au four tubulaire à un débit gazeux de 2 L/min pour une prise d?essai de 5 g environ (soit 1 % en volume de remplissage du four). Du fait du déplacement gazeux, beaucoup de matière s?est condensée en sortie de four. Ce qui n?était pas le cas dans le séchoir bouché, où toute la matière est restée à une température comprise entre 700°C et 400°C sans possibilité de sortie. Les quantités de gaz produites dans le séchoir devaient donc être plus importantes. Essai (Référentiel) Echantillon « pulpe de betterave » - référence Ineris « 24AC953 » Essai en four tubulaire à 400°C sous balayage d?air appauvri (10 % d?O2) sur un échantillon de pulpe de betterave. Essai en four tubulaire et dosage des gaz en ligne par µGC/TCD. L?essai a été réalisé à 400°C sous air appauvri en O2 pendant 2h. Composition des gaz de pyrolyse à 400°C : ? H2 = 0,048 mg/g ? CH4 = 1,75 mg/g ? CO = 77,2 mg/g ? CO2 = 704 mg/g ? Ethane = 0,339 mg/g ? Propane = 0,829 mg/g ? Butane = 0,698 mg/g ? Pentane = 0,428 mg/g ? Hexane = 0,397 mg/g Essai en four tubulaire à 400°C sous balayage d?air sur un échantillon de pulpe de betterave. Essai en four tubulaire et dosage des gaz en ligne par µGC/TCD. L?essai a été réalisé à 400°C pendant 2 h. Composition des gaz de pyrolyse à 400°C : ? H2 = 0,108 mg/g ? CH4 = 2,55 mg/g ? CO = 77,7 mg/g ? CO2 = 757 mg/g ? Ethane = 0,965 mg/g ? Propane = 1,04 mg/g ? Butane = 1,22 mg/g ? Pentane = 0,259 mg/g ? Hexane = < 0,3 mg/g Tableau 5 : Présentation des résultats d?essais en four tubulaire de l?échantillon de pulpe de betterave « 24AC953 » Les essais en four tubulaire nous permettent de conclure que l?inflammation des gaz de pyrolyse de la pulpe est peu probable, étant donné la composition en CO2 (non-inflammable) importante et la composition en CO assez faible (< 1%). Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 18 sur 49 4 Conclusions et réponses aux questions du BEA-RI L'Ineris a fourni un appui technique en réponse à une demande formulée par le BEA-RI le 10 novembre 2023, dans le cadre d'une enquête post-accident concernant l'explosion d'une ligne de séchage de pulpe de betterave de la société TEREOS, survenue le 9 octobre sur le site de Bucy-le-Long (02). Les essais réalisés visaient à déterminer les propriétés d'inflammabilité et d'explosivité d'un échantillon de pulpe de betterave afin de fournir des informations au BEA-RI pour l'identification des causes de l'accident. Au regard des résultats, les réponses aux questions du BEA-RI sont données ci-dessous : 1 - La possibilité de formation d?une atmosphère explosive « poussière » par la pulpe de betterave : La présence d?une ATEX poussière/air est probable. Dans les conditions normales, les échantillons en sortie de séchoir ne sont pas susceptibles de générer une ATEX. Cependant, il est important de noter que ces échantillons sont collectés après le passage dans le circuit de dépoussiérage et dans des conditions normales d?exploitation. En effet, en conséquence du maintien en rotation du sécheur pendant plusieurs heures, le taux d?humidité et la concentration de fines dans le sécheur ont pu être très largement modifiés par rapport au fonctionnement nominal d?exploitation. Les essais menés sur la pulpe de betterave obtenue après séchage et passage en tambour ont montré qu?une ATEX poussières/air était probable et que la LIE pouvait être atteinte pour ces conditions avec la quantité de matière présente dans le sécheur, a minima localement. 2 La possibilité de formation d?une atmosphère explosive « gaz » relative aux gaz de pyrolyse de la pulpe de betterave : La présence d?une ATEX « gaz » ou « hybride » (gaz/poussière) est moins probable étant donné la faible quantité de gaz inflammable révélée par l?essai en four tubulaire, cependant, cette hypothèse ne peut pas être totalement exclue. 3 Inflammation par les gaz chauds du four : Les essais réalisés montrent que le contact entre le nuage de poussières et la paroi du sécheur/four (TMI nuage = 420°C) lors de l?ouverture de la guillotine (air chaud à 700-800°C) pourrait être une source d?inflammation du nuage de poussières. 4 Auto-échauffement de la pulpe : La montée en température observée dans le cyclone 3 en aval du sécheur pourrait être due à un auto-échauffement de la pulpe de betterave. En effet, à 100°C (température de sortie du sécheur), les essais montrent qu?un auto-échauffement est possible pour un stockage cubique d?arête supérieure à 80 cm pour la matière issue d?un fonctionnement nominal de l?installation. Ceci reste à comparer aux dimensions du cyclone. Les essais montrent également que la cinétique du phénomène d?auto- échauffement est rapide, les temps d?inductions expérimentaux (intervalles entre l?atteinte de la température de l?étuve et l?amorçage d?une inflammation) étant inférieurs à 1 h d?après les données. Il est d?ailleurs probable que cette cinétique d?auto-échauffement soit plus rapide en situation réelle étant donné la température de la pulpe en sortie de sécheur. Enfin, il est à noter que ce phénomène d?auto- échauffement peut générer du monoxyde de carbone (CO). 5 Introduction d?un point incandescent (escarbille) lors de l?ouverture : Les essais réalisés montrent que la présence d'un point incandescent (escarbille) lors de l'ouverture peut être à la source de l'inflammation (TMI Nuage= 420°C). 6 Quelles sont les variations des propriétés d?explosivité de la pulpe en fonction de l?humidité : Les essais réalisés ne permettent pas de distinguer les variations des caractéristiques en fonction de l?humidité pour la pulpe de betterave. Néanmoins, d?après la littérature les conditions d?humidité sur des produits similaires confirment qu?un taux d?humidité réduit favorise des conditions d?explosion plus néfastes (augmentation du Pmax et Kst). Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 19 sur 49 7 Quelle évolution du taux d?humidité de la pulpe dans le sécheur dans les conditions ayant menées à l?accident : Les essais menés par l?Ineris montrent que le produit soumis à plusieurs heures de séchage et rotation de tambour passait de 11 % d?humidité à moins de 1 %. Il est donc très probable que les 3 h 30 de rotation dans un tambour avec une température relativement élevée ait pu entraîner une baisse du taux d?humidité à un taux très inférieur aux conditions normales d?exploitation du sécheur (env. 80 % d?humidité en entrée à proximité du four). On notera par ailleurs que les résultats des essais réalisés sur la pulpe telle qu?elle se retrouve en fonctionnement nominal du procédé de séchage (temps de séchage maitrisé et dépoussiérage) rendent peu probables la formation d?une ATEX avec ce produit dans le tambour du sécheur en fonctionnement nominal. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 20 sur 49 5 Annexes Liste des annexes : - Annexe 1 : Lettre de saisine du BEA-RI du 12/04/2024 ? 2 pages, - Annexe 2 : Résultats des mesures d?essais ? 10 pages, - Annexe 3 : Description des essais ? 13 pages. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 21 sur 49 ANNEXE 1 - Lettre de saisine du BEA-RI du 12/04/2024 2 pages Inspection générale de l?environnement et du développement durable Bureau d?Enquêtes et d?Analyses sur les risques industriels Mél : bea-ri@developpement-durable.gouv.fr Tour Sequoia 1, place Carpeaux ,La Défense 6 92055 LA DÉFENSE CEDEX http://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/bea-ri-r549.html , ? ? o o ? o o o ? ? Mél : bea-ri@developpement-durable.gouv.fr Tour Sequoia 1, place Carpeaux ,La Défense 6 92055 LA DÉFENSE CEDEX http://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/bea-ri-r549.html ? Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 24 sur 49 ANNEXE 2 - Résultats des mesures d?essais 10 pages Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 25 sur 49 Figure A1 : Résultats de granulométrie par tamisage mécanique de l'échantillon Ineris « 24AC953 » tel que reçu Figure A2 : Taux d?humidité de l'échantillon Ineris « 24AC953 » tel que reçu (110°C pendant 90 min) Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 26 sur 49 Figure A3 : Courbes représentant l?évolution de la pression d?explosion en fonction de la concentration (a) et la vitesse de montée en pression en fonction de la concentration (b) en sphère de 20L avec inflammateurs de 2 kJ pour l?échantillon Ineris « 24AC953 ». a b Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 27 sur 49 Figure A4 : Résultats de l'analyse thermogravimétrique couplée à un analyse thermique différentielle (ATD/ATG) de l'échantillon de pulpe de betterave « 24AC953 » Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 28 sur 49 Figure A5 : Courbe d?extrapolation de la dimension critique d?un stockage cubique en fonction de la température (norme NF EN 15188 : 2020) pour l?échantillon « 24AC953 » Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 29 sur 49 Figure A6 : Courbe d?extrapolation de la dimension critique de plusieurs formes de stockage en fonction de la température (norme NF EN 15188 : 2020) pour l?échantillon « 24AC953 » Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 30 sur 49 Figure A7 : Résultats de granulométrie par tamisage mécanique de l'échantillon de pulpe de betterave « 24AC953 » après séchage à 110°C et passage en roue abrasive (TAR II de ERWEKA) pendant 3h30 Figure A8 : Taux d?humidité de l'échantillon de pulpe de betterave « 24AC953 » après séchage à 110°C et passage en roue abrasive (TAR II de ERWEKA) pendant 3h30 (110°C pendant 90 min) Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 31 sur 49 Figure A9 : Distribution granulométrique par diffraction LASER de l?échantillon Ineris « 24AC953 » séché et broyé Figure A10 : Courbes représentant l?évolution de la pression d?explosion en fonction de la concentration (a) et la vitesse de montée en pression en fonction de la concentration (b) en sphère de 20L avec inflammateurs de 2 kJ pour l?échantillon Ineris « 24AC953 ».séché et broyé (< 500 µm) a b Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 32 sur 49 Figure A11 : Courbes représentant l?évolution de la pression d?explosion en fonction de la concentration (a) et la vitesse de montée en pression en fonction de la concentration (b) en sphère de 20L avec inflammateurs de 10 kJ pour l?échantillon Ineris « 24AC953 » séché et broyé (< 500 µm) Figure A12 : Résultats des mesures de l'énergie minimale d'inflammation (EMI) avec inductance (1 mH) sur l?échantillon Ineris « 24AC953 » séché et broyé a b Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 33 sur 49 Figure A13 : Résultats des analyses en four tubulaire à 400°C (10 % O2) sur l?échantillon Ineris « 24AC953 » Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 34 sur 49 Figure A14 : Résultats des analyses en four tubulaire à 400°C sur l?échantillon Ineris « 24AC953 » Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 35 sur 49 ANNEXE 3 - Description des essais 13 pages Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 36 sur 49 Répartition granulométrique par tamisage mécanique PRINCIPE Le tamisage consiste à mesurer le poids d?un échantillon soumis à essai retenu par les toiles de mailles de tamis calibrés. Chaque tamis est superposé par taille de maille décroissante selon une progression mathématique. Le poids d?échantillon retenu (refus de tamis) peut alors être connu et permet d?obtenir le pourcentage de refus pour chaque diamètre de maille par rapport au poids total de produit. MODE OPÉRATOIRE L?opération consiste à tamiser 100 g d?échantillon sur une table vibrante pendant 30 minutes avec des tamis (grilles à maille carrée) de diamètre différents (1000, 500, 315, 180, 100, 63, 40 et 32 ?m). Les refus récoltés sur chaque tamis sont pesés sur une balance. Répartition granulométrique par diffraction LASER (ISO 13320) DISPOSITIF D?ESSAI L?analyse est conduite par diffraction LASER, sauf si une fraction du produit dépasse la borne supérieure de la gamme de mesure du granulomètre LASER, égale à 1000 µm. Les mesures granulométriques sont effectuées à l?aide d?un granulomètre à laser de type Malvern MASTERSIZER 3000 E respectant les principes généraux de la norme ISO 13320. MODE OPÉRATOIRE L?échantillon à analyser est préalablement dispersé dans un liquide porteur adapté, à une concentration adéquate, puis est soumis au faisceau d?une source lumineuse monochromatique (un LASER). La lumière diffusée par les particules à divers angles est mesurée par un détecteur multi-canaux. La distribution granulométrique est alors déterminée suivant 73 classes à partir de valeurs collectées, à l?aide d?un modèle mathématique approprié, de façon à répartir la proportion du volume total des particules dans un nombre discret de catégories de tailles. La distribution granulométrique est exprimée en pourcentage volumique. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 37 sur 49 Détermination du taux d?humidité DISPOSITIF D?ESSAI L?analyse est conduite à l?aide d?un dessiccateur thermique HX204, qui fait appel à une technologie halogène qui permet un chauffage rapide et un contrôle précis de la température. Le dessiccateur thermique est équipé d'une cellule de pesée MonoBloc et d'un récepteur de charge suspendu haute performance, avec une résolution de 0,1 mg maximum. Les courbes de séchage permettent de visualiser l'évolution de la mesure à l'écran. Les graphiques de contrôle affichent la tendance du taux d'humidité en continu (résolution de 0,001 % TH et répétabilité de 0,01 % pour un échantillon de 10 g). MODE OPÉRATOIRE L?échantillon est réparti dans une coupelle en aluminium elle-même déposée dans le dessiccateur thermique et séché à l?aide d?une lampe halogène à une température de 105°C pendant 90 minutes. Le taux d?humidité est calculé par pesée différentielle au cours du séchage et suivi en continu. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 38 sur 49 Caractérisation de la friabilité et de l'abrasion d?une poudre ou d?un comprimé DISPOSITIF D?ESSAI Les systèmes particulaires sont classés selon leurs propriétés de taille, forme, porosité inter et intra-particulaire. Deux grandes catégories sont distinguées : - Poudre cohésive, - Poudre à écoulement libre. Le mélange des poudres est fortement dépendant des propriétés d?écoulement des constituants, elles- mêmes liées directement aux caractéristiques des poudres, telles que : - Distribution granulométrique, - Cohésion, - Taux d?humidité - Formes et propriétés de surface des particules - Densité apparente et tassée, - Les forces de Van Der Waals, - Les charges électrostatiques, - La friabilité impacte par exemple le choix du mélangeur (mélangeur convectif, cuve tournante?) car la formation de poussières peut se révéler gênante dans plusieurs procédés. La friabilité décrit la tendance des particules à se désintégrer sous l?effet des contraintes mécaniques d?abrasion et d?attrition. Les petites particules ainsi formées modifient les propriétés d?usage de la poudre (masse volumique du lit, coulabilité, propriété d?instantanéité?). Pour les agglomérats, on parlera de résistance mécanique : elle dépend en particulier de la nature et de la consolidation des ponts établis entre les particules durant l?agglomération. Plusieurs techniques sont employées pour mesurer la friabilité des poudres (Bemrose et Bridgwater, 1987 ; Yan et Barbosa-Canovas, 2001 ; Utsumi et al., 2001). Elles consistent, en général, à soumettre la poudre à des chocs mécaniques (vibrations) dans un appareil spécifique pendant un temps donné. L'un des critères de test de la résistance mécanique des comprimés et des noyaux est le test de friabilité et d'abrasion. Au cours du processus d'enrobage, de transport et d'emballage, le comprimé perd un peu de poids. Le tambour de friabilité a été conçu pour tester la résistance au roulement et aux chocs des comprimés. Une fracture prématurée ou un signe d'usure sur les bords indique que ces comprimés peuvent ne pas résister aux rigueurs du transport. Le tambour d'abrasion permet d?effectuer des essais d'abrasion sur l'attrition (usure) des comprimés causée par le frottement du produit pendant le transport. Pour mesurer la perte de poids, les échantillons sont comptés et pesés. Ensuite, le test de friabilité est effectué. Les échantillons sont culbutés à chaque tour du tambour de l'instrument de test de friabilité. Une fois le test de friabilité terminé, les échantillons doivent être dépoussiérés et pesés à nouveau. La différence de poids avant et après le test est déterminée comme étant la friabilité ; elle ne doit généralement pas dépasser 1 %. Les comprimés d'un poids supérieur à 650 mg, les échantillons d'un diamètre supérieur ou de forme irrégulière sont testés alors que l'instrument est soulevé d'un côté à l'aide de pieds pliables jusqu'à un angle de 10 %. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 39 sur 49 Analyse Thermique Différentielle et Thermique Gravimétrique PRINCIPE L'Analyse Thermique Différentielle et l?Analyse Thermique Gravimétrique permettent l'étude simultanée des comportements thermodynamiques des matériaux. Le principe de l'Analyse Thermique Différentielle consiste à suivre l?évolution de la différence de température (?T) entre l?échantillon étudié et une référence inerte, c?est-à-dire dépourvu d?effets thermiques dans le domaine de température étudié. L?Analyse Thermique Gravimétrique permet de mesurer les variations de masse (?m) d'un échantillon au cours de son chauffage. MODE OPÉRATOIRE Un échantillon du produit à examiner, placé dans une nacelle en toile métallique identique à celle du témoin, est introduit dans un four à température ambiante, dont on élève progressivement la température à la vitesse de 5°C/min (rampe de température variable de 0,5°C/min à 5°C/min, plage de température variable de l?ambiante à 800°C). La variation de masse de l?échantillon placé dans le four est suivie à l?aide d?un module de pesée électronique en fonction du temps. Les températures de l?échantillon (TE) et d?une substance inerte choisie comme référence (TR) sont également enregistrées en fonction du temps. Les dispositions adoptées permettent de préchauffer le courant d?air de balayage (440 Nl/h) à la même température que le four (Figure B1). Figure B1 : Schéma général de l?ATD/ATG Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 40 sur 49 Dans ces conditions, en comparant les températures de l?échantillon (TE) et de la substance inerte choisie comme référence (TR), il est possible de mettre facilement en évidence de façon semi- quantitative tout phénomène endo ou exothermique qui pourrait se produire au cours du chauffage. L?emballement d?une réaction d?oxydation est pris en compte dès lors que la différence ?T entre l?échantillon et la référence est égale ou supérieur à 50°C. Ceci permet d?enregistrer seulement les réactions exothermiques franches sans tenir compte des faibles différences de températures entre l?échantillon et le témoin pouvant s?expliquer par une conductivité thermique élevée de l?échantillon, une réaction d?oxydation ne s?accompagnant pas d?une élévation de température susceptible de présenter un danger, etc... Les valeurs de température de la substance de référence au début de l?emballement d?une réaction d?oxydation permettent de : ? définir le danger du produit testé vis-à-vis du risque d?auto-échauffement, ? de hiérarchiser l?oxy-réactivité de différents échantillons afin de procéder à des essais complémentaires sur l?échantillon représentant le plus de risque d?auto-échauffement. Un échantillon est considéré comme ayant une réactivité élevée vis-à-vis de l?oxy-réactivité lorsque la température du témoin, pour un ?T = 50°C, est inférieure ou égale à 250°C. L?essai doit être complété par un essai d?auto-échauffement visant à déterminer le domaine de la taille critique en fonction de la température à partir duquel un risque d?auto-inflammation existe. La réactivité est moyenne lorsque la valeur de la température témoin, pour un ?T = 50°C, est comprise entre 250°C et 400°C. L?essai d?auto-échauffement n?est à réaliser que pour des stockages de grande taille à température ambiante ou une utilisation du produit à des températures élevées. L?oxy-réactivtié d?un échantillon est faible lorsque la valeur de la température témoin, pour un ?T = 50°C est supérieure à 400°C. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 41 sur 49 Essais d?auto-échauffement en étuves isothermes (EN 15188) PRINCIPE L?essai consiste à déterminer la température critique d'auto-inflammation de volumes cubiques croissants d'un combustible solide. Lorsque le volume des récipients cubiques augmente, la température minimale d'auto-inflammation diminue et il est possible en théorie d'extrapoler jusqu'à un volume de stockage plus important. MODE OPÉRATOIRE Pour cela, les échantillons sont placés à température ambiante dans des récipients de forme cubique dont les parois sont formées par une toile métallique à mailles suffisamment fines pour éviter le tamisage, mais qui ne freinent pas la diffusion d'oxygène. Le récipient est ensuite introduit à pression atmosphérique dans une étuve isotherme ventilée à air chaud régulée à une température donnée. A l'aide d'un thermocouple placé au centre de l'échantillon, on observe si la température de l'échantillon se stabilise à la température de l?étuve, ou si elle s?élève rapidement. Un nouvel essai est ensuite effectué à une température plus élevée ou plus basse suivant le résultat de l?essai précédent, de façon à encadrer à 5°C près la température de l'étuve qui conduit à un auto- échauffement de l?échantillon. Cette température est appelée température critique d'auto-échauffement. En réalisant des essais sur différents volumes, il est possible de corréler la température d?auto- échauffement à la dimension du stockage. En effet, les résultats des essais de stockage en étuve isotherme peuvent être corrélés par une loi mathématique s?appuyant sur la théorie de l'auto- échauffement pour des dimensions plus importantes que celles étudiées expérimentalement et/ou pour des formes différentes. Ce calcul d'extrapolation fait appel notamment à l'hypothèse d'une libre diffusion de l'oxygène de l'air dans le dépôt et à l'échange thermique par conduction dans le matériau. La dimension critique est déterminée pour un stockage de forme cubique cylindrique ou plan. En effet, le calcul intègre un facteur dépendant de la forme du stockage. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 42 sur 49 Mesure de l?énergie minimale d?inflammation (EMI) (EN 13821) DISPOSITIF D?ESSAI L?énergie minimale d?inflammation du produit a été déterminée au moyen d?un inflammateur à étincelle électrique (appareil MIKE3 de la société KÜHNER). Dans cet appareil, la poussière est dispersée pneumatiquement à l?intérieur d?un tube ouvert et la mise à feu est assurée au moyen d?une étincelle électrique amorcée à l?intérieur du nuage entre deux électrodes distantes de 6 mm (Figure B2). Figure B2 : Représentation schématique et photographie du MIKE3 L?énergie électrique de cette étincelle est stockée dans des condensateurs électriques. Le diagnostic de l?inflammation est visuel : propagation ou non d?une flamme (Figure B3). Figure B3 : Phases d?utilisation de l?appareil MIKE3 a Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 43 sur 49 Les paramètres que l?on fait varier au cours de l?épreuve sont les suivants : ? le délai entre le début de la dispersion et le déclenchement de l?étincelle, ? la quantité de poussière qui est dispersée et donc la concentration en poussière dans le nuage, ? l?énergie électrique stockée dans le système de décharge. MODE OPÉRATOIRE Chaque série d?essais (une série comporte cinq essais) est réalisée pour une concentration de poussières dans le nuage et un délai entre la dispersion pneumatique et l?étincelle donnés. Différentes séries d?essais sont conduites avec des concentrations de poussière dans le nuage et des délais variables. On note pour chaque série le nombre de résultats de « non-inflammation (NI) » et d?« inflammation » (I). Les essais débutent par la valeur de la capacité la plus élevée (énergie 1000 mJ). Pour chaque série d?essai, on note les deux valeurs d?énergies suivantes : ? E1, qui correspond à l?énergie la plus faible pour laquelle on observe au moins un résultat (I) sur cinq essais, et, ? E2, qui correspond à l?énergie la plus élevée pour laquelle on observe cinq résultats (NI) sur cinq essais. L?énergie minimale d?inflammation (EMI) est l?énergie initialement stockée dans les condensateurs qui est juste suffisante pour provoquer l?inflammation des particules en suspension, dans les conditions optimales de délai d?inflammation et de concentration en poussière. La sensibilité d?un pulvérulent aux phénomènes électrostatiques est fonction de la valeur de son EMI (Tableau T1). Valeur de l?Energie Minimale d?Inflammation (EMI) Sensibilité au risque d?inflammation par un phénomène d?origine électrostatique 1000 mJ < EMI Pas ou peu sensible 30 mJ < EMI < 1000 mJ Sensible 3 mJ < EMI < 30 mJ Très sensible EMI < 3 mJ Extrêmement sensible Tableau T1 : Sensibilité d?un pulvérulent aux phénomènes électrostatiques en fonction de la valeur de son EMI Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 44 sur 49 Détermination de la pression maximale d?explosion (Pmax) et du coefficient de violence d?explosion (Kst) en sphère de 20 L (NF EN 14034-1 et 2) PRINCIPE La mesure réalisée consiste à enregistrer la montée en pression en fonction du temps dans des conditions d?essais spécifiées, à l?intérieur d?un récipient fermé lors d?une explosion de poussière en mélange avec l?air. On en déduit la surpression maximale d?explosion (Pmax) et la vitesse maximale de montée en pression (dP/dt)max (Figure B4). Figure B4 : Représentation graphique des étapes permettant d'obtenir la valeur de Kst MODE OPÉRATOIRE L?essai de référence pour la détermination de la violence d?explosion est réalisé en chambre de 1 m3. La norme appliquée permet également de déterminer la violence d?explosion dans une chambre sphérique de 20 litres. La quantité de poudre (généralement des concentrations allant de 50 à 2500 g/m3) à disperser dans la chambre de 20 litres est stockée dans un réservoir de 1 litre. La poudre est dispersée sous une pression de 20 bar dans la chambre initialement placée sous vide (- 400 mbar) via une buse d?injection de manière à obtenir une suspension à la pression atmosphérique lors de la mise à feu. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 45 sur 49 L?énergie mise en jeu lors de la mise à feu de la suspension de poudre, de l?ordre de 10 kJ, est délivrée par deux allumeurs pyrotechniques disposés au centre de la chambre. Le délai entre le début de la dispersion et la mise à feu est égal à 60 ms. Ce dernier paramètre a une influence sur le niveau de turbulence de la suspension de poudre et aussi sur la violence d?explosion. L?essai est répété en faisant varier la quantité de produit. On note une concentration optimale de poussières dans le nuage pour laquelle la caractéristique (dP/dt) max est maximale. A partir de cette donnée expérimentale, on détermine la constante de la poussière testée, Kst selon la loi cubique : Kst = ? ?dt dP max x V 1/3 (bar.m.s-1) - V étant le volume de la sphère (m3), - ? ?dt dP max la valeur maximale de montée en pression pour une concentration donnée (bar/s). Les essais sont répétés deux fois à la concentration optimale ainsi qu?aux concentrations supérieure et inférieure voisines. Le calcul du Kst s?appuie sur une moyenne des trois (dP/dt)max obtenus. Les constantes Kst permettent de classer la poussière en St1, St2 ou St3 (Tableau T2). Classe d?explosion4 Kst (bar.m/s) Violence d?explosion St1 1 à 200 Faible St2 201 à 300 Moyenne St3 > à 300 Forte Tableau T2 : Relation entre les classes d?explosion de poussières et les valeurs de Kst 4 Selon la norme VDI 2263-1 Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 46 sur 49 Détermination de la Limite Inférieure d?Explosivité (LIE) en sphère de 20 L (NF EN 14034-3) PRINCIPE La mesure de la Limite Inférieure d?Explosivité (LIE) correspond à la limite pour laquelle la concentration minimale de poussière dans l?air ne produira pas d?explosion. MODE OPÉRATOIRE La détermination de la Limite Inférieure d?Explosivité (LIE) de la poussière en nuage est effectuée dans une chambre sphérique de 20 litres. La mesure réalisée consiste à enflammer un nuage de poussières et à enregistrer la montée en pression en fonction du temps. On considère qu?il y a explosion si la surpression, enregistrée à l?intérieur de la sphère dépasse la valeur seuil de 0,5 bar. La quantité de poudre à disperser dans la chambre de 20 litres est stockée dans un réservoir de 1 litre. La poudre est dispersée sous une pression de 20 bar dans la chambre initialement placée sous vide (- 400 mbar) via une buse d?injection et de manière à obtenir une suspension à la pression atmosphérique lors de l?inflammation. L?énergie mise en jeu lors de la mise à feu de la suspension de poudre, égale à 2 kJ, est délivrée par deux allumeurs chimiques disposés au centre de la chambre. Le délai entre le début de la dispersion et l?inflammation est égal à 60 ms. Ce dernier paramètre exerce une influence sur le niveau de turbulence de la suspension de poudre et aussi sur la violence d?explosion. En diminuant progressivement la concentration en poussières du nuage, on détermine la concentration pour laquelle aucune explosion n?est constatée. L?absence de phénomène d?explosion à cette concentration est confirmée en répétant l?essai deux fois. Cette concentration est la Limite Inférieure d?Explosivité (LIE). Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 47 sur 49 Détermination de la Température Minimale d?Inflammation (TMI) en nuage (NF EN 50281-2-1) PRINCIPE La Température Minimale d'Inflammation est la température la plus basse à laquelle s'enflamme la substance mélangée avec de l'air dans les conditions définies dans la méthode d'essai sans autre apport d'énergie comme flamme ou étincelle. MODE OPÉRATOIRE : La température est déterminée dans le four "Godbert-Greenwald" (Figure B5). Figure B5 : Cliché photographique du four Godbert-Greenwald (à gauche) et d'une inflammation lors de l'épreuve de mesure de la TMI nuage (à droite) La démarche consiste à mettre en suspension la poussière au contact de la paroi du four chauffé et à constater l?inflammation ou non de la poussière. Plusieurs tentatives sont nécessaires pour un test complet sur une poussière, en faisant varier les principaux paramètres de contrôle de l?inflammation : - la température du four par paliers espacés de 20°C, - la masse de poussière testée (0,1 - 0,2 ? 0,3 g), - la pression d?air de mise en suspension de la poussière (0,1 ? 0,2 ? 0,3 bar). Une inflammation a lieu lorsqu?un jet de flamme est observé au-delà de l?extrémité inférieur du tube du four (Figure B4). Un délai d?inflammation est acceptable. Des étincelles sans flamme ne constituent pas une inflammation. La température minimale d?inflammation est la plus faible température pour laquelle au moins une inflammation se produit sur une dizaine de tentatives. Ineris - 228084 - 2790971 - v1.0 Page 48 sur 49 Essai en four tubulaire de 150°C à 400°C sous balayage d?air Le four tubulaire de l'Ineris permet d'étudier, sous atmosphère contrôlée, la dégradation thermique d?échantillons solides ou liquides. Les gaz et les particules émis lors de la combustion sont piégés et analysés. [Norme de référence : NF X 70-100-2]. Cf Fiche Ineris : https://prestations.ineris.fr/fr/solutions-thematiques/substances-produits/proprietes- dangers/caracterisation-degradation-thermique https://prestations.ineris.fr/fr/solutions-thematiques/substances-produits/proprietes-dangers/caracterisation-degradation-thermique https://prestations.ineris.fr/fr/solutions-thematiques/substances-produits/proprietes-dangers/caracterisation-degradation-thermique Institut national de l?environnement industriel et des risques Parc technologique Alata ? BP 2 ? F-60550 Verneuil-en-Halatte 03 44 55 66 77 ? ineris@ineris.fr ? www.ineris.fr mailto:ineris@ineris.fr http://www.ineris.fr/  Insérer depuis: "Reponse_BEA_TEREOS_Bucy_octobre_2023 v1.pdf"  1 Introduction  1.1 Déontologie  1.2 Contexte  2 Description succincte des installations concernées et des circonstances de l?accident  2.1 Description générale de la ligne de séchage  2.2 Circonstances des évènements du 9 octobre 2023  3 Etude de caractérisation des poussières de pulpe de betterave  3.1 Synthèse des données recueillies dans la littérature sur les caractéristiques de pulpes de betteraves  3.2 Caractérisation d?un échantillon de pulpe de betterave en sortie de sécheur sur le site de TEREOS  3.2.1 Essais sur la pulpe de betterave brute  3.2.2 Essai sur la pulpe de betterave séchée  3.2.2.1 Essais d?abrasion sur la pulpe de betterave séchée  3.2.2.2 Essais d?explosivité et d?inflammabilité sur la partie fine de l?échantillon  3.2.2.3 Essai en four tubulaire  4 Conclusions et réponses aux questions du BEA-RI  5 Annexes