Auteur moral

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

Auteur secondaire

Résumé

<div style="text-align: justify;">Rapport de l'enquête réalisée par le BEA-RI sur l'incendie survenu dans l'entrepÎt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne en Seine-Maritime (76) le 16 janvier 2023. Cet entrepÎt de logistique est composé de quatre cellules louées à des entreprises. Une de ces entreprises stocke plusieurs milliers de batteries usagées de type Lithium Métal PolymÚre (LPM), celulle d'origine du départ de feu. Le BEA-RI tire de cet accident plusieurs enseignements de sécurité portant sur l'emballement des batteries LMP "froide", sur les caractéristiques de cet emballement thermique, sur la dangerosité des fumées et la nature des gaz produits en phase de déclin de l'incendie, sur les effets de l'extinction à l'eau et sur la modélisation d'un incendie de cellule de stockage de ce type de batterie. En outre, le BEA-RI adresse un certain nombre de recommandations à destination du fabricant des batteries, de l'exploitant de l'entrepÎt et de l'autorité réglementaire.</div>

Editeur

BEA-RI

Descripteur Urbamet

incendie ;enquête ;entrepÎt ;logistique

Descripteur écoplanete

batterie ;lithium

ThÚme

Ressources - Nuisances

Texte intégral

Inspection générale de l?environnement et du développement durable Bureau d?Enquêtes et d?Analyses sur les Risques Industriels Rapport d?Enquête Sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 2 | 62 Bordereau documentaire Organisme auteur : Bureau d?Enquêtes et d?analyses sur les risques industriels (BEA-RI) Titre du document : Rapport d?enquête technique sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) N° : MTE-BEARI-2025-04 Date du rapport : 28/03/2025 Proposition de mots-clés : incendie, batterie, lithium métal, LMP, défense incendie, entrepÃŽt, logistique ... Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 3 | 62 Avertissement L?enquête technique faisant l?objet du présent rapport est réalisée dans le cadre des articles L. 501-1 à L. 501-19 du Code de l?Environnement. Cette enquête a pour seul objet de prévenir de futurs accidents. Sans préjudice, le cas échéant, de l?enquête judiciaire qui peut être ouverte, elle consiste à collecter et analyser les informations utiles, à déterminer les circonstances et les causes certaines ou possibles de l?évÚnement, de l?accident ou de l?incident et, s?il y a lieu, à établir des recommandations de sécurité. Elle ne vise pas à déterminer des responsabilités. En conséquence, l?utilisation de ce rapport à d?autres fins que la prévention pourrait conduire à des interprétations erronées. Au titre de ce rapport on entend par : - Cause de l?accident : toute action ou événement de nature technique ou organisationnelle, volontaire ou involontaire, active ou passive, ayant conduit à la survenance de l?accident. Elle peut être établie par les éléments collectés lors de l?enquête, ou supposée de maniÚre indirecte. Dans ce cas le rapport d?enquête le précise explicitement. - Facteur contributif : élément qui, sans être déterminant, a pu jouer un rÃŽle dans la survenance ou dans l?aggravation de l?accident. - Enseignement de sécurité : élément de retour d?expérience tiré de l?analyse de l?évÚnement. Il peut s?agir de pratiques à développer car de nature à éviter ou limiter les conséquences d?un accident, ou à éviter car pouvant favoriser la survenance de l?accident ou aggraver ses conséquences. - Recommandation de sécurité : proposition d?amélioration de la sécurité formulée par le BEA-RI, sur la base des informations rassemblées dans le cadre de l?enquête de sécurité, en vue de prévenir des accidents ou des incidents. Cette recommandation est adressée, au moment de la parution du rapport définitif, à une personne physique ou morale qui dispose de deux mois à réception, pour faire part au BEA des suites qu?elle entend y donner. La réponse est publiée sur le site du BEA-RI. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 4 | 62 SynthÚse La société Highway France Logistics 8 possÚde à Grand Couronne un entrepÃŽt de logistique composé de quatre cellules qu'elle loue à des entreprises. Une de ces entreprises stocke, pour le compte de la société Blue Solutions, plusieurs milliers de batteries usagées de type Lithium Métal PolymÚre. Le lundi 16 janvier 2023, vers 16h30, des opérateurs présents dans l'entrepÃŽt détectent une vive lumiÚre et un départ de feu dans un des racks dans lesquels sont stockées les batteries. Compte-tenu de l'importance du feu dÚs les premiÚres minutes, les personnels n'interviennent pas. Ils appellent les secours publics et donnent pour consigne d'évacuer les lieux. S'en suivra un incendie de forte intensité alimenté tout d'abord par les batteries, puis par le stock de pneumatiques présent dans la cellule voisine et par des produits combustibles présents dans une troisiÚme cellule. Le feu sera déclaré éteint le 18 janvier à 22h30 au terme d'une longue phase de surveillance. Les cellules 1 à 3 seront entiÚrement détruites. La cellule 4 sera préservée des flammes. Sur la base de l'ensemble des éléments recueillis au cours de l'enquête et des essais réalisés par l'Ineris, le BEA-RI privilégie l'hypothÚse d'un départ d'incendie par emballement thermique d'un des modules stockés dans la cellule 1. Bien que plusieurs hypothÚses aient été identifiées, la cause de cet emballement n'a pas pu être établie (chocs ou court-circuit-interne). Compte tenu des caractéristiques du phénomÚne produit et des conditions de stockage, le systÚme d'extinction automatique n'a eu aucun effet sur l'évolution de l'incendie qui a pu se développer puis se propager aux autres cellules. Le BEA-RI tire de cet accident plusieurs enseignements de sécurité portant sur l'emballement des batteries LMP "froide", sur les caractéristiques de cet emballement thermique, sur la dangerosité des fumées et la nature des gaz produits en phase de déclin de l'incendie, sur les effets de l'extinction à l'eau et sur la modélisation d'un incendie de cellule de stockage de ce type de batterie. En outre, le BEA-RI adresse un certain nombre de recommandations : À destination du fabricant des batteries ? Conduire une réflexion sur le conditionnement des modules au transport pour identifier, le cas échéant, des dispositifs techniques qui permettraient de ralentir la propagation de l'emballement thermique au sein d?une caisse de transport et/ou de stockage. ? Étudier l'effet du taux de charge sur les modules en termes de sensibilité à l'emballement thermique ou de comportement dans un incendie généralisé. ? Poursuivre la recherche sur la mise au point d'un systÚme d'extinction automatique adapté au mode de stockage retenu qui soit efficace pour stopper la propagation de l'incendie (Les résultats obtenus sur les essais avec sprinklage laissant entrevoir des possibilités de maîtrise de la propagation). ? Conduire une réflexion sur la sécurité du stockage de ses propres batteries. Cette réflexion devra aboutir à des préconisations en matiÚre de quantités maximales stockables par cellule compte-tenu des distances d'effets générées, de distances d'exclusion vis-à-vis des murs Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 5 | 62 coupe-feu, d'îlotages et de hauteurs de stockage, de dimensionnement de la détection incendie du systÚme d'extinction automatique et du désenfumage. ? Compléter la fiche de données de sécurité pour préciser le caractÚre hydroréactif des résidus de combustion et la production de phosphine en présence d'eau. ? Établir et diffuser auprÚs des utilisateurs et des services de secours publics un protocole d'intervention en cas de départ d'emballement thermique sur un module pour prévenir le risque de propagation, gérer la phase d'extinction (avec en particulier la question des émissions de phosphine) et maîtriser les risques liés à l'élimination des résidus. ? Définir une procédure de gestion des modules qui ont été choqués ou endommagés en tenant compte du risque d'emballement thermique différé dans le temps. À destination de l'exploitant de l'entrepÃŽt ? Améliorer son organisation en cas de crise pour assurer ses obligations en matiÚre d'information des tiers et de collaboration avec les services de secours, notamment en leur fournissant toutes les informations pertinentes (nature des produits dangereux, plans des installations, présence et fonctionnement des moyens de lutte et de protection contre l'incendie etc.). ? Réévaluer périodiquement la pertinence des moyens d?intervention en cas de sinistre en fonction de la dangerosité des matiÚres stockées. À destination de l'autorité réglementaire ? Dans un contexte d'électrification des usages et des mobilités, faire évoluer la réglementation pour mieux encadrer l?implantation, les dispositions constructives, l?exploitation et la gestion en cas d'accident des sites de stockage des batteries neuves ou usagées, en fonction des typologies de batteries, compte-tenu notamment des enseignements techniques tirés de la présente enquête. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 6 | 62 Sommaire I. Rappel sur l?enquête de sécurité .............................................................................................................. 8 II. Constats immédiats et engagement de l?enquête ............................................................................... 8 II.1 Les circonstances de l?accident ........................................................................................................................... 8 II.2 Le bilan de l?accident ............................................................................................................................................ 8 II.3 Les mesures prises aprÚs l?accident .................................................................................................................... 9 II.4 L?engagement et l?organisation de l?enquête ................................................................................................... 9 III. Contextualisation ........................................................................................................................................ 9 III.1 L?entreprise ............................................................................................................................................................. 9 III.2 La cellule exploitée par Bolloré Logistics .........................................................................................................12 III.2.1 Le maillon d'une chaîne d'approvisionnement du groupe Bolloré ............................................ 12 III.2.2 Batterie : cellule électrochimique, pack ou module .................................................................... 12 III.2.3 La nature des batteries stockées à Rouen ..................................................................................... 14 III.2.4 Le stock de batteries de Rouen en chiffres ................................................................................... 16 IV. Compte-rendu des investigations menées........................................................................................... 18 IV.1 Reconnaissance de terrain .................................................................................................................................18 IV.2 Relevés de terrain ................................................................................................................................................18 IV.2.1 La cellule 1 ......................................................................................................................................... 20 IV.2.2 La cellule 2 ........................................................................................................................................ 24 IV.2.3 La cellule 3 ........................................................................................................................................ 25 IV.2.4 La cellule 4 ........................................................................................................................................ 26 IV.2.5 L'exploitation des images de vidéo-surveillance et des témoignages ...................................... 26 IV.3 Analyse de l?INERIS ............................................................................................................................................ 30 IV.3.1 L'étude des causes ........................................................................................................................... 32 IV.3.2 L'incendie de module ...................................................................................................................... 34 IV.3.3 Les autres observations issues des essais ...................................................................................... 40 V. Déroulement de l?évÚnement ................................................................................................................. 44 V.1 Déclenchement de l?évÚnement ....................................................................................................................... 44 V.2 L?intervention des secours publics ................................................................................................................... 44 VI. Conclusions sur le scénario de l?événement ........................................................................................ 48 VI.1 Scénario ................................................................................................................................................................ 48 VI.2 Facteurs contributifs ...........................................................................................................................................51 VI.2.1 L'absence de dispositif de confinement du phénomÚne d'emballement thermique ............ 51 VI.2.2 La cinétique de propagation .......................................................................................................... 52 VI.2.3 L'absence de procédure d'intervention sur des départs d'incendie ........................................ 53 VI.2.4 L'absence d'un systÚme d'extinction adapté aux marchandises stockées .............................. 53 VI.2.5 La quantité de modules stockés .................................................................................................... 53 VI.2.6 L'absence d'un systÚme d'extinction opérationnel sur l'incendie des autres cellules ........... 53 VI.2.7 La présence de produits combustibles et explosifs dans la même cellule .............................. 54 Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 7 | 62 VI.2.8 Des difficultés opérationnelles ...................................................................................................... 54 VI.2.9 Le défaut d'étanchéité des murs intercellules ............................................................................. 54 VII. Enseignements de sécurité ...................................................................................................................... 54 VII.1 Emballement des batteries LMP en sommeil ................................................................................................ 54 VII.2 Caractéristiques d'un emballement thermique de batterie LMP ............................................................ 54 VII.3 Les fumées d'incendies de module LMP ....................................................................................................... 55 VII.4 Les gaz produits en phase de déclin de l'incendie ...................................................................................... 55 VII.5 Effet de l'extinction à l'eau.............................................................................................................................. 56 VII.6 La modélisation d'un incendie de cellule de stockage de batteries ........................................................ 56 VIII. Recommandations de sécurité ............................................................................................................. 58 VIII.1 À destination du fabricant des batteries LMP ............................................................................................. 58 VIII.2 À destination de l'exploitant de l'entrepÃŽt ................................................................................................ 59 VIII.3 À destination de l'autorité réglementaire ................................................................................................... 59 IX. Annexes ....................................................................................................................................................... 60 Annexe 1 Rapport d'appui technique de l?INERIS à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société Highway France Logistics 8 sur son site de Grand-Couronne (76) (ref. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2024) ..................................................................................................................61 Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 8 | 62 Rapport d?Enquête Sur l?incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) I. Rappel sur l?enquête de sécurité L?enquête technique faisant l?objet du présent rapport est réalisée dans le cadre des articles L. 501-1 à L. 501-19 du Code de l?Environnement. Cette enquête a pour seul objet de prévenir de futurs accidents. Sans préjudice, le cas échéant, de l?enquête judiciaire qui peut être ouverte, elle consiste à collecter et analyser les informations utiles, à déterminer les circonstances et les causes certaines ou possibles de l?évÚnement, de l?accident ou de l?incident et, s?il y a lieu, à établir des recommandations de sécurités. Elle ne vise pas à déterminer des responsabilités. En conséquence, l?utilisation de ce rapport à d?autres fins que la prévention pourrait conduire à des interprétations erronées. II. Constats immédiats et engagement de l?enquête II.1 Les circonstances de l?accident La société Highway France Logistics 8 est propriétaire à Rouen d'un entrepÃŽt qu'elle loue à quatre entreprises. Le lundi 16 janvier 2023, l'activité de chaque entreprise se déroule de maniÚre tout à fait normale et aucun fait marquant n'est signalé. Vers 16h30, alors qu'il préparait des commandes, un opérateur travaillant dans la cellule n°1 perçoit un bruit bref, "sourd et étouffé" suivi d'un second, une minute plus tard. Dans les secondes qui suivent, il constate une lueur vive suivie d'un début d'incendie d'une ampleur suffisante pour exclure toute intervention d'extinction à l'eau et pour ordonner l'évacuation des lieux. Il s'en suivra un incendie de plusieurs jours. II.2 Le bilan de l?accident L?incendie n'a fait aucune victime, l'alerte ayant permis l'évacuation des salariés présents sur le site. L'incendie a détruit totalement 3 des 4 cellules de l'entrepÃŽt, représentant une surface de stockage de 17 700 m², et la totalité des stocks et des équipements qui s'y trouvaient. L'incendie a duré plusieurs jours et a généré une quantité importante de fumées et de déchets. En dépit des moyens déployés pour pomper stocker et éliminer les eaux d'incendie, une partie de celles-ci n'a Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 9 | 62 pas pu être confinée sur site et s'est infiltrée dans les sols. Elles ont causé une pollution de la nappe phréatique qui est traitée par Highway France Logistics 8 à la demande du Préfet dans le cadre de la gestion post-accidentelle, au même titre que le nettoyage et la dépollution du site. II.3 Les mesures prises aprÚs l?accident À la suite de l?accident, le site a fait l'objet d'une surveillance par les services de secours publics, en raison de la subsistance de points chauds, notamment dans la cellule où le feu a pris naissance. Il a ensuite été placé sous scellés par la police judiciaire, dans le cadre de l'enquête ouverte par le parquet de Rouen. Des études ont été demandées pour caractériser l'impact de l'incendie et des eaux d'incendie (auxquelles s'ajoutent les eaux météoriques compte tenu de l'absence de mesure de confinement des déchets) sur l'environnement. II.4 L?engagement et l?organisation de l?enquête Au vu des circonstances et du contexte de l?accident, le directeur du bureau d?enquêtes et d?analyses sur les risques industriels (BEA-RI) a décidé l?ouverture d?une enquête. Les enquêteurs techniques du BEA-RI se sont rendus sur place le lundi 23 janvier pour participer aux investigations organisées dans le cadre de l'enquête judiciaire. Ils ont par la suite rencontré les représentants des sociétés Bolloré Logistics, Blue Solutions, Highway France Logistics 8, du Service d'incendie et de secours de Seine-Maritime et de la DREAL Normandie. Ils ont recueilli les témoignages ou déclarations écrites des acteurs impliqués dans l?évÚnement et dans sa gestion. Ils ont eu, consécutivement à ces entretiens et aux réunions techniques organisées par la suite, communication des piÚces et documents nécessaires à leur enquête. III. Contextualisation III.1 L?entreprise L'entrepÃŽt impliqué dans l'incendie est une installation classée pour la protection de l'environnement relevant du régime de l'enregistrement. Il a été autorisé par arrêté en date du 16 septembre 2009 pour un volume de stockage de 236 000 m3. Il se compose de 4 cellules de 5900 m² pour une hauteur de stockage limitée à 9m70. À la suite d'un changement de nomenclature par décret du 13 avril 2010, le site Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 10 | 62 est passé au régime de l'enregistrement pour les rubriques 15101, 15302, 15323, 2663-24 et déclaration pour les rubriques " D " pour 29255, 43206, 43307, 43318 et 47419. En avril 2022, l'arrêté a été transféré à Highway France Logistics n°8 qui est une société de gestion d'actifs mobiliers. Cette société se fait assister d'un bureau d'étude de conseils techniques et d'un bureau d'étude de conseil en réglementation ICPE. Au quotidien, elle confie l'exploitation de l'entrepÃŽt aux quatre locataires des cellules que sont : ? Pour la cellule n° 1 : BOLLORE LOGISTICS10 dédié essentiellement au stockage de batteries LMP et d'équipements automobiles, ? Pour la cellule n°2 : DISTRICASH, grossiste en pneumatiques et piÚces détachées automobiles, ? Pour la cellule n°3 : ZIEGLER entreprise de transport et de logistique, ? Pour la cellule n°4 : SETCARGO entreprise de transport et logistique internationale. Photographie 1 : Vue aérienne de l'entrepÃŽt et des cellules (source : Google, BEA-RI) 1 Stockage de matiÚres, produits ou substances combustibles 2 DépÃŽts de papiers, cartons ou matériaux combustibles analogues 3 Stockage de bois ou de matériaux combustibles analogues 4 Stockage de pneumatiques 5 Stockage d'ateliers de charge d'accumulateurs électriques 6 Stockage d'aérosols extrêmement inflammables ou inflammables de catégorie 1 ou 2 7 Stockage de liquides inflammables de catégorie 1 8 Stockage de liquides inflammables de catégorie 2 9 Stockage de mélanges d'hypochlorite de sodium 10 Bolloré Logistics est une société de transport et de logistique filiale du groupe Bolloré. Elle a été acquise par groupe CMA CGM en février 2024 et prend progressivement le nom de CEVA Logistics, filiale du groupe. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 11 | 62 Figure 1 : Synoptique des différentes raisons sociales mentionnées dans le rapport Avant 2021, toutes les cellules bénéficiaient du même systÚme d'extinction automatique. Il s'agissait d'un systÚme par sprinklage de type ESFR conçu pour répondre rapidement à un incendie dans le but de l?éteindre avant qu'il ne se propage. L'installation avait été dimensionnée en application du référentiel NFPA 13 de 2010 pour des marchandises de type matiÚre plastique non expansée pour une hauteur de faîtage de 12,45 m et une hauteur de stockage de 10,7 m11. Compte tenu de l'arrivée en 2020 d'une entreprise de vente de pneumatiques, l'installation de sprinklage de la cellule 2 a été modifiée, toujours en application du référentiel NFPA 1312. 11 Sur la base de ces critÚres les têtes retenues étaient du type ESFR k14 à 5,2 bars et k25 à 2,8 bars, température de déclenchement 74°C 12 Passage à des sprinkler type ESFR k25 à 5,2 bars. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 12 | 62 Le systÚme est dimensionné pour alimenter un maximum de 12 sprinklers avec une pression donnée pendant 1 heure. Au-delà de la durée d'une heure et du nombre de têtes déclenchées, la source d?eau n?est plus en mesure de couvrir le débit demandé et l?autonomie de la réserve d?eau prévue pour l'intervention des services de secours publics n'est plus garantie . Aucune évolution n'avait été apportée au systÚme de sprinklage de la cellule 1 pour tenir compte de la spécificité des incendies de batteries LMP, non portée à la connaissance du propriétaire, ni par le locataire de la cellule, ni par le fabricant des modules. III.2 La cellule exploitée par Bolloré Logistics III.2.1 Le maillon d'une chaîne d'approvisionnement du groupe Bolloré La cellule exploitée par Bolloré Logistics est un maillon de la chaîne d'approvisionnement en piÚces détachées pour les véhicules commercialisés ou équipés par les filiales du groupe : ? Blue Solutions anciennement Batscap qui commercialise les batteries, ? Bluecar qui a commercialisé la Bluecar13, ? Bluebus, filiale du groupe Bolloré, fabricant de bus. Ce faisant, Bolloré Logistics gÚre, entre autres, pour le compte de ces sociétés, un stock de piÚces détachées servant à l'entretien et la réparation des véhicules du groupe : piÚces mécaniques, éléments de carrosserie, accessoires et piÚces moteur. La cellule sert également de lieu de stockage pour les batteries usagées14 qui équipent les véhicules en circulation. Il peut s'agir de véhicules fabriqués par le groupe (Bluecar ou Bluebus) comme des véhicules d'autres constructeurs qui recourent à la technologie des batteries développée par Blue solutions. III.2.2 Batterie : cellule électrochimique, pack ou module Ce que l'on désigne sous le terme générique de batterie recouvre en réalité deux types d'objet : le pack ou le module. Un pack est un coffre métallique qui contient des modules et un BMS ("battery management system"). Blue solutions commercialise deux versions de pack : une version à 6 modules et une version à 9 modules. Ils délivrent une énergie de 30 kWh ou 63 kWh et pÚsent 330 kg ou 450 kg. 13 Véhicule léger notamment utilisé en libre-service dans le cadre du service "Autolib" mis en place à Paris entre 2011 et 2018. 14 Dans la suite du présent rapport le terme " batterie usagée " regroupe toute batterie ayant déjà été installée dans un véhicule et ayant fait l?objet d?un retrait du véhicule sans préjuger de sa capacité ou non d?être réutilisée. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 13 | 62 Figure 2 : Vue éclatée d'un pack batterie comprenant 9 modules et un BMS. Chaque module est quant à lui composé d'un empilement de cellules électrochimiques (EC15) placées dans un boîtier métallique soudé, étanche et sous atmosphÚre inerte. Concernant les cellules électrochimiques, BlueSolutions est un des rares fabricants de batteries à avoir fait le choix de la batterie "tout solide" Lithium Metal PolymÚre (LMP). Le courant est produit par deux électrodes dont l'une est en lithium métal, séparées par un polymÚre solide (lorsque la batterie est à température ambiante) qui joue le rÃŽle de conducteur ionique (électrolyte). Pour les générations de modules présents à Rouen, la conductivité ionique n'est possible que si l'électrolyte est porté à une température trÚs supérieure à la température ambiante (plus de 60°C). 15 EC : Electrochemical Cell (Cellule électrochimique) IT2 IT3 Masse 330 kg 450 kg Nombre de modules 6 9 Tension 450 V 650V T° ext. de fonctionnement -30°C à +65°C Capacité énergétique 30 kWh 63 kWh Figure 3 : Vue éclatée d'un module (source : site internet BlueSolutions) Un module se présente sous la forme d'un parallélépipÚde de dimensions 192 mm x 225 mm x 705 mm (HxlxL) et d'une masse de 42 kg. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 14 | 62 Une cellule électrochimique est constituée d'un empilement successif de couches d'anode, d'électrolyte, de cathode, de collecteur de courant et d'isolant. Cette technologie offre une meilleure densité énergétique grâce à l'utilisation du lithium métal par rapport aux autres technologies. En termes de sécurité, elle présente l'avantage de ne contenir aucun électrolyte liquide à température ambiante ce qui peut présenter un intérêt dans la mesure où ces électrolytes, généralement constitués de produits inflammables, peuvent fuir ou s'enflammer. Elle est en outre moins sensibles aux chaleurs excessives. III.2.3 La nature des batteries stockées à Rouen Blue Solutions est un fabricant de batteries qui équipe plusieurs modÚles de bus et de voitures particuliÚres de marques différentes. Les batteries qui étaient stockées sur le site de Rouen étaient des batteries usagées provenant essentiellement de véhicules en circulation. Les raisons pour lesquelles ces batteries n'équipent plus de véhicules sont diverses : fin de vie du véhicule (Blue Solutions reste propriétaire de la batterie), retrait faisant suite à une panne ou, de maniÚre préventive, sur constat de dérive lors d'un diagnostic16. Ce retrait a pu aussi s'opérer à l'initiative du fabricant dans le cadre d'une campagne de rappel à la suite de la découverte d'un défaut de fabrication. La chaîne logistique qui nous a été présentée est la suivante. Le pack batterie est démonté au niveau du garage ou de l'atelier partenaire aprÚs diagnostic. En fonction de son type, il peut être expédié soit vers 16 En synthÚse, il existe trois niveaux de diagnostic au cours desquels des paramÚtres de fonctionnement sont contrÃŽlés : ? En circulation, le fonctionnement de chaque module fait l'objet d'une surveillance permanente assurée par des organes de supervision de type BMS. ? Avant la charge, l'état de santé de chaque module est contrÃŽlé. ? Lors des opérations de maintenance et d'entretien du véhicule Figure 4 : Description de la cellule électrochimique LMP (source : site internet BlueSolutions) Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 15 | 62 le site Bolloré Logistics de Rouen, en attente de contrÃŽles plus poussés, soit vers l'usine Blue Solutions de Quimper pour y être expertisé ou réparé. Lorsqu'une panne ou une perte performance affecte un des modules, le module défaillant (non fonctionnel à l'instant t) est remplacé par un module fonctionnel. Le module défaillant est envoyé sur le site de Rouen et le pack peut être réutilisé. A chaque niveau du processus, les modules identifiés comme fortement endommagés ou dangereux ou irréparables font l'objet d'une procédure de gestion et de transport spécifique à basse température en vue de leur élimination au sein d'une installation autorisée à le faire17. Blue Solutions a recours à une entreprise spécialisée dans l'élimination des déchets pour procéder à la destruction des modules dont elle souhaite se défaire. Figure 5 : Synoptique indicatif des flux de batteries retirés de la circulation Pour Blue Solutions, interrogé sur le sujet, l'entrepÃŽt de Rouen constituait ainsi un stock susceptible de fournir des modules de rechange (sous réserve, pour certains modules, d'une remise en état) aux clients de Blue Solutions durant toute la période de garantie. 17 Conformément aux préconisations de Blue Solutions, la cellule exploitée par Bolloré Logistics disposait d'un local de stockage réfrigérée pour parer à toute éventualités (visible photographie 7). Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 16 | 62 En pratique, il est difficile d'avoir un état des lieux consolidé de la situation technique de ces modules. La lecture de quelques fiches de suivi permet de constater que l'état de santé d'un module est variable et pourrait aller jusqu'à nécessiter des opérations de maintenance complexes18 s'il fallait qu'il retrouve des performances optimales. Ainsi le BEA-RI en déduit que le stock était susceptible de compter : ? Des modules usés mais réutilisables en l'état à des fins de mobilité ; ? Des modules destinés à un usage de deuxiÚme vie, c?est-à-dire des modules impropres à l'usage mobilité mais dont les performances permettent un autre usage (utilisation en stockage stationnaire d'énergie par exemple) ; ? Des modules défectueux qui auraient nécessité d'être réparés au sein de l'usine de Quimper avant d'envisager un nouvel usage. III.2.4 Le stock de batteries de Rouen en chiffres Le site de Rouen accueillait ainsi dans la cellule n°1 de l?entrepÃŽt : ? PrÚs de 1300 packs IT2 composés de 6 modules d'une masse unitaire de 330kg d'une capacité totale de 30 kWh ; ? PrÚs de 11 000 modules IT3 d'une masse unitaire de 42 kg et d'une capacité de 7 kWh conditionnés en caisse en carton de 6 ou 7 modules ou caisses en bois de 12 modules. Exemples de conditionnement de modules IT3 18 Les modules sont sous atmosphÚre inerte, et les boîtiers sont soudés. Les réparations qui nécessitent l'ouverture du module doivent comporter des travaux de découpe et doivent être réalisés en salle sÚche (à hygrométrie contrÃŽlée). Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 17 | 62 Exemples de conditionnement de modules et de pack IT2 Si on examine le stock de batteries au cours des trimestres précédents l?incendie, on constate une augmentation quasi exponentielle sur les trois derniÚres années du nombre d'unités entreposées sur le site de Rouen. Sans que ce point ait été approfondi, le BEA-RI constate que cette augmentation coïncide avec la fin de l'offre d'autopartage mise en place dans différentes agglomérations françaises ou européennes (Paris, Bordeaux, Lyon, Turin ?). Elle coïncide aussi avec l'arrivée des modules usagés provenant des packs IT3 qui équipent les bus et dont la montée en puissance débute en 202019. Enfin, le BEA-RI relÚve, sans établir de lien de causalité avec l'incendie, l'ouverture en 2022, d'une campagne de rappel concernant des bus équipés de modules IT3 présentant des défauts de fabrication20 dont on peut supposer qu'elle puisse avoir un impact sur l'état des stocks. 19 Une voiture utilise un pack de 6 modules tandis qu'un bus de 12 mÚtres nécessite 6 packs de 9 modules soit 54 modules. 20 Motif de la fiche avancé sur le site rappel Conso "Le positionnement défectueux de la feuille isolante mylar (placée entre 2 cellules adjacentes dans la batterie) peut conduire à un court-circuit, augmentant le risque d?incendie. https://rappel.conso.gouv.fr/fiche-rappel/21649/Rapex 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Stock batteries de Rouen flux trimestriel stock Expon. (stock) Graphique 1 : stocks de batteries en unité de manutention Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 18 | 62 Nonobstant la volonté de l'industriel de disposer d'un stock de piÚces de rechanges, l'augmentation du nombre d'unités résulte de l'écart manifestement croissant entre les retours de modules usagés et pour la plupart non fonctionnels (pour de la mobilité), et les débouchés que pourrait offrir un marché de la batterie de deuxiÚme vie soit au travers du développement d'usages stationnaires, soit au travers du ré- emploi de modules "reconditionnés". En tout état de cause, l'absence de perspective d'inversion de tendance de ce marché (qui permettrait d'envisager un recours accru à ce gisement de piÚces de rechange ) laisse supposer que l'incendie s'est produit alors que le stock de Rouen était durablement inscrit dans une phase de croissance. C'est pourquoi, si ces modules étaient officiellement voués à connaître un nouvel usage, le BEA-RI ne peut écarter l'hypothÚse que, face aux difficultés d'écouler ce stock, les coûts de conservation et de reconditionnement de ces modules auraient à terme conduit le fabricant à envisager d'autres solutions de résorption et de valorisation. IV. Compte-rendu des investigations menées IV.1 Reconnaissance de terrain Les enquêteurs techniques du BEA-RI se sont rendus sur site le 23 janvier 2023 afin de procéder aux premiers constats et mener les premiÚres investigations sur les installations impliquées. Ils ont par la suite conduit différents entretiens avec plusieurs entités concernées directement ou indirectement par l'accident. Sans reprendre dans le détail l'ensemble des constatations dressées, les enquêteurs retiennent les éléments marquants suivants. IV.2 Relevés de terrain L'examen du bâtiment montre une dégradation importante des cellules 1, 2 et 3. La cellule 4 a été relativement préservée (notamment quelques dégradations au niveau du murs coupe-feu) grâce à l'intervention des pompiers. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 19 | 62 Photographie 2 : Vue des cellules 4, 3 et 2 (de gauche à droite) Photographie 3 : Vue des cellules 3, 2 et 1 (de gauche à droite) Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 20 | 62 IV.2.1 La cellule 1 La toiture de la cellule, réalisée en bac acier double peau avec isolant thermique, a été entiÚrement détruite à l'exception de la zone proche des bureaux administratifs et de la sous-cellule prévue initialement pour le stockage de produits dangereux21. Une partie des tÃŽles sont restées pendantes le long du mur coupe-feu qui sépare la cellule 1 de la cellule 2. Sur les 14 piliers qui supportent la structure, trois ont été entiÚrement détruits. Les poutres de structure de la toiture ont été détruites. Sur les 27 poutres de la structure, 12 sont tombées au sol, les autres poutres qui sont restées en place ont subi des dommages trÚs importants et présentent des marques d'éclatement du béton. La structure s'est globalement bien comportée vis-à-vis du risque de ruine en chaîne (à l'exception du pignon ouest). Concernant le comportement à l'effondrement du bâtiment (exigence de la réglementation), on note des chutes de plaques de béton préfabriquées à l'extérieur du bâtiment au niveau de la façade ouest. L'examen du mur inter-cellule aprÚs incendie permet de constater qu'il a conservé son intégrité sur 7/8eme de sa longueur (photographies 2, 3, 4 et 6). Des éclatements de béton sont observés au niveau des passages de canalisations de chauffage (photographie 6). À sa jonction avec sa façade sud, le mur s'est effondré (photographie 15). C'est une zone où passent les tuyauteries du systÚme de sprinklage. Celles- ci sont parfaitement identifiables mais ne sont plus soutenues (photographie 15). En partie sommitale du mur, l'examen de la jonction entre les plaques de béton et la poutre porteuse permet de constater un espace qui a pu faciliter le passage des fumées (photographie 9). Cet espace semble être consécutif à l'incendie et à la destruction du matériau (ou du produit) qui assurait auparavant l'étanchéité. La porte coupe-feu sud a été en partie ouverte par la chute d'une poutre (photographie 10). L'observation des résidus et des traces d'incendie par drone permet de voir distinctement une zone où les dégâts à la structure sont plus marqués (mur d'enceinte, piliers de soutÚnement et poutres) et où les armatures des racks ont totalement fondu contrairement à d'autres endroits où, bien que déformées, les armatures sont parfaitement identifiables (photographie 11). Ces observations donnent des éléments sur l'intensité de l'incendie qui a dépassé localement la température de fusion de l'acier des racks (supérieure à 1400°C). 21 L?entrepÃŽt bénéficiait d?une déclaration ICPE pour le stockage de 40 tonnes de bombes aérosols, 100 bouteilles de gaz 13kg, et 88 m³ de liquides inflammables en petits contenants. L'inventaire communiqué ne mentionne pas la présence de bouteille de gaz et d'aérosol et les quantités de liquides inflammables étaient trÚs en deçà du seuil autorisé. Les produits dangereux stockées au moment des faits en ne présentaient pas de caractÚre d'inflammabilité. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 21 | 62 Photographie 4 : Vue du mur intercellules 1-2 avec une partie de la couverture encore accrochée. Photographie 5 : photo du mur intercellules 1-2 qui semble avoir bien résisté dans son ensemble. Photographie 6 : Gros plan sur la partie haute du mur intercellules particuliÚrement dégradé par les effets de l'incendie. Photographie 7 : Remorque réfrigérée servant à la mise en sécurité des modules présentant des signes de dangerosité (Préconisation du fabricant Blue Solutions) Photographie 8 : Portion de mur intercellules 1-2 détruite du cÃŽté de l'arrivée des tuyauteries du systÚme de sprinklage. Photographie 9 : mur intercellule 1-2 qui fait apparaître un espace entre le mur et la poutre qui est particuliÚrement détériorée (ferrailles apparentes) Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 22 | 62 Photographie 10 (à droite) : Photo de la porte coupe-feu intercellules 1-2 sortie de son rail. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 23 | 62 Photographie 11 : Vue de la cellule 1. En Rouge, la zone au sein de laquelle les traces d'incendie sont le plus marquées (disparition quasi totale des racks et des éléments de la toiture), présence au sol d'une épaisse couche de résidus de combustion. Le mur périphérique extérieur a subi des dommages importants qui ont localement conduit à son effondrement vers l'extérieur du bâtiment (cf. Photographie 14). Les atteintes à la structure (poutre béton) sont notablement plus importantes en comparaison celles constatées sur la cellule voisine, où étaient stockés 70 000 pneumatiques. Photographie 12 : La majorité des poutres constituant la structure du toit se sont effondrées pendant l'incendie. Celles restées en place montrent qu?elles ont été exposées à des températures importantes. Photographie 13 : le mur intercellules 1-2 présente des dommages au niveau des passages de canalisations. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 24 | 62 Photographie 14 : Effondrement du mur d'enceinte à l'extérieur du bâtiment en façade ouest. L'heure exacte de l'effondrement n'est pas établie. Photographie 15 : (à droite) Tuyauteries principales d'alimentation du systÚme d'extinction automatique des cellules 1 et 2 IV.2.2 La cellule 2 Si la toiture de la cellule 2 a été détruite en totalité, la structure qui la supporte a été moins endommagée que sur la cellule 1. À l'exception de trois poutres tombées au sol, les poutres et les piliers sont encore en place parfaitement identifiables et présentent des dégradations moins importantes que sur la cellule précédente. L'examen aprÚs incendie du mur coupe-feu intercellules 2-3 présente des dégradations comparables aux dégradations du mur intercellules 1-2 mais dans des proportions moindres. La reconnaissance visuelle au drone permet de constater un espace au sommet du mur coupe-feu sous la poutre porteuse en sous- face de toiture sur la quasi-totalité de sa longueur du mur. Cet espace semble être consécutif à l'incendie et à la destruction du matériau (ou du produit) qui assurait auparavant l'étanchéité. La reconnaissance aérienne de la cellule montre des traces d'incendie homogÚnes et permet de distinguer les racks effondrés sur lesquels étaient stockés les pneumatiques. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 25 | 62 Photographie 16 : Vue de la cellule 2. Photographie 17 : Vue de la partie supérieure du mur intercellules 2-3. Un espace est clairement visible entre la derniÚre plaque de béton et la poutre. Photographie 18 : Trou dans le mur intercellules 2-3 provoqué par un projectile. IV.2.3 La cellule 3 La cellule 3 est la derniÚre cellule qui a brûlé au cours de l'incendie. Sa toiture a également subi des dégâts importants puisque, à l'exception de quelques zones (travées proches des bureaux, et la travée située en façade sud), la totalité de la toiture a été détruite par l'incendie. La structure a subi également des destructions importantes puisque sur les 7 poutres qui viennent en appui du mur intercellules 3-4, 5 se sont effondrées. Les piliers, eux, sont encore en place. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 26 | 62 L'observation des traces d'incendie par drone permet de constater des détériorations le long du mur intercellules 3-4 mais ici encore, les racks servant aux stockages, bien que déformés, sont parfaitement identifiables. IV.2.4 La cellule 4 La cellule 4 a été protégée par l'action du SDIS, le feu ne s'y est donc pas propagé. Les dégâts bâtimentaires que l'on peut constater sont peu nombreux en comparaison des autres cellules. En revanche, l'examen du mur intercellules 3-4 permet, d'une part, de constater que la jonction pilier- dalle préfabriquée n'est plus réalisée et que, par conséquent, des fumées et des gaz d'incendie peuvent se diffuser par ces interstices. On constate également que des premiers points de fragilité peuvent apparaître au niveau du passage de canalisations du chauffage et à la jonction des dalles de béton préfabriquées. Photographie 19 : détérioration du mur autour du passage de la tuyauterie de chauffage. Photographie 20 : liaison poteau-mur préfabriqué. IV.2.5 L'exploitation des images de vidéo-surveillance et des témoignages Les témoignages permettent de dire que l'évÚnement initiateur s'est produit dans une zone où étaient stockées diverses marchandises dont des caisses de stockage de modules de batteries. Il est environ 16h30 lorsque l'un des opérateurs rapporte avoir entendu un bruit sourd puis perçu une lueur suivie d'un début d'incendie. L'exploitation des vidéos et des témoignages permettent d'établir la séquence suivante : Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 27 | 62 Chronologie ÉvÚnement T0 - 1min Les opérateurs discutent proche du quai de déchargement au niveau des portes 16 et D. Aucun des opérateurs n'identifie de signe d'incendie. T0 Depuis ce même endroit, un des opérateurs, alerté par un bruit sourd (qui s'est produit 10 à 15 s plus tÃŽt), découvre l'incendie, ordonne l'arrêt des opérations de chargement et l'évacuation du bâtiment. Il déclenche l'alarme. Les opérateurs quittent la cellule en courant T0 + 1min Départ du camion qui était à quai T0 + 2 min Fermeture de la porte de quai, l'opérateur passe par l'extérieur. T0 + 2 min 43s Les premiÚres eaux de sprinklage apparaissent au sol sur l?une des caméras de vidéo-surveillance Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 28 | 62 T0 + 4min 50s Flash important et premier phénomÚne dont les lueurs sont clairement perceptibles sur les portes de quais filmées par une des caméras. Ces lueurs sont également visibles depuis la caméra 15 qui filme l'entrée piétonne latérale. Les lueurs permettent de voir que la zone où le foyer a démarré est dans le prolongement de ce cheminement. Ces lueurs sont caractéristiques d'un phénomÚne d'emballement thermique de module. T0 + 10min La caméra est occultée par les fumées et les gaz produits par le phénomÚne en cours T0 + 57 min Ruissellement de gouttes d'eau sur l'objectif de la caméra Tableau 1 : Chronologie des événements établis sur la base des images collectées par les caméras 12, 13 et 15 Il ressort de cette séquences les constats suivants : ? Une minute avant l'alerte, les opérateurs ne semblent percevoir aucun signe d'incendie alors même qu'un des deux opérateurs regarde dans la direction où sera découvert l'incendie. ? L'opérateur découvre l'incendie de l'endroit où il se trouvait une minute plus tÃŽt. Il n'a pas besoin de s'approcher pour procéder à la levée de doute. Les flammes sont donc déjà clairement visibles et suffisamment importantes ce qui donne une indication sur l'ampleur de l'incendie à cet instant. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 29 | 62 ? Les premiÚres eaux d'incendie apparaissent à la vidéo un peu moins de 3 minutes aprÚs l'alerte ce qui est un délai rapide pour un déclenchement de tête de sprinklage. Pour que le sprinklage se déclenche, il faut que la température dépasse durablement les 74°C au niveau de la tête de sprinklage. Cette tête est située en partie haute de la cellule à une distance qui varie entre 5 et 10 mÚtres en fonction de la position théorique du départ de feu dans le rack. ? Le premier flash important intervient entre 4 et 5 min aprÚs la découverte des premiÚres flammes. Ce flash ressemble à celui produit par l'emballement thermique d'un module. Une autre séquence vidéo extérieures a retenu l'attention des enquêteurs. Alors même que les services de secours et d'incendie sont déjà sur place (donc bien plus tard que la phase précédemment décrite), la séquence fait distinctement apparaître des effets de souffle probablement dus à des phénomÚnes de surpression à l'intérieur de la cellule. Ces explosions sont suffisamment puissantes pour faire bouger les bardages sur lesquels sont fixées les caméras et expulser des fumées blanches par les ouvertures (portes de quai ou sorties de secours). Photographie 21 : Émission de fumées consécutives à une explosion à l'intérieur de la cellule 1 (Façade ouest). Photographie 22 : Émission de fumées en façade nord. Come évoqué précédemment, l'incendie a une cinétique rapide. Le phénomÚne produit aussi une importante quantité de fumée qui s'accumule sous le toit de la cellule. En une dizaine de minutes, le plafond de fumée est descendu suffisamment bas pour occulter les caméras de vidéosurveillance situées à 5 m environ. Cela représente un volume de 30 000 m3. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 30 | 62 Photographie 23 : Zoom sur le flash lumineux produit au bout de 4 à 5 min aprÚs l'apparition des premiÚres flammes et l'alerte donnée par les opérateurs. L'ombre portée sur la porte 19 du bras du transpalette visible au premier plan de la photo permet de situer le module sur lequel se produit l'emballement thermique au niveau des allée M ou N. Photographie 24 : Plafond de fumées visible sur le haut de l'image juste avant occultation de la caméra. IV.3 Analyse de l?INERIS Le BEA-RI a sollicité l?appui de l?Ineris sur plusieurs points spécifiques de l?enquête, sa contribution est jointe en annexe I du présent rapport (Rapport Ineris - 219921219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2025). Il a été demandé à l'INERIS de réaliser des essais sur des modules ou sur des cellules électrochimiques en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dits "froids" (c?est-à-dire à température ambiante) peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ; ? D'étudier les mécanismes de propagation de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique ; ? D'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batterie peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie ; Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 31 | 62 ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feux connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI22, dispositif de désenfumage) ; ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés ; ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Sur la base de ces demandes, l'Ineris a établi un protocole définissant pour chaque essai, son objectif, sa nature, les conditions de mise en oeuvre, les moyens d'analyses et les besoins en produits à tester (modules et cellules électrochimiques). Le protocole a été communiqué à Blue Solutions qui a eu la possibilité de faire part de ses observations. Les seuls essais qui n'ont pas été discutés dans leur principe lors de cette phase préparatoire sont les tests de caractérisation des résidus de combustion des modules qui ont été décidés à la suite de la découverte du caractÚre hydro-réactifs de ces déchets. Le fabricant a fourni l'ensemble des modules et des caisses de transport afin de disposer d'objets les plus représentatifs de ceux impliqués dans l'incendie et permettre la bonne réalisation des essais. Il convient de préciser que les cellules électrochimiques ont été spécifiquement préparées, conditionnées et mises à disposition par le fabricant. De tels composants ne sortent jamais de l'usine de fabrication sous cette forme mais exclusivement dans le module scellé prÚs à fonctionner. Les essais ont été réalisés en présence du fabricant. Les essais ont été menés sur des modules (ou des cellules électrochimiques) à température ambiante et à SOC 100%. Ils ont porté sur : Tests Objet testé Étude des causes possibles Test de compression choc chute Module Test au clou Cellule électrochimique (EC23) Test de court-circuit inter EC Cellule électrochimique (EC) Comportement des modules dans un incendie Test d'échauffement localisé Cellule électrochimique / module Comportement d?une caisse de modules LMP prise dans un incendie (essai feu sur caisse) Caisse de modules 22 REI XXX signifie stable au feu (R), étanche aux fumées et aux flammes (E) et isolant thermiquement pendant XXX minutes 23 EC : Electrochemical Cell (Cellule électrochimique) Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 32 | 62 Propagation de l?emballement thermique d?un module au sein d?une caisse (essai de propagation sur caisse) Caisse de modules Influence du sprinklage : essai de propagation caisse Caisse de modules Influence du sprinklage sur l?incendie : essai feu englobant sur caisse Caisse de modules Caractérisation d'un incendie de batteries LMP Analyse des effluents gaz, particules et eaux d?extinction Ensemble des tests instrumentés Exploitation des mesures de flux thermique Ensemble des tests instrumentés Tableau 2 : Tableau de synthÚse des essais et nature des objets testés IV.3.1 L'étude des causes S'agissant de l'étude des causes, la démarche a consisté à soumettre le module ou la cellule électrochimique à différents modes de dégradation (court-circuit, échauffement, agression mécanique) afin de provoquer l'emballement thermique et évaluer ainsi la sensibilité du module. Pour étudier l'hypothÚse du défaut provoqué par une agression externe, des tests d'écrasements quasi- statiques ont été réalisés sur des modules. Ils ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. L'INERIS précise qu'il est possible de corréler les énergies d'écrasement mises en oeuvre à des hypothÚses d'agression externe (chute d?objet sur une caisse, chute d?une caisse ou coup de fourche de chariot) tout en relevant que les modules étant placés dans des caisses et que celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. La seconde hypothÚse étudiée est celle d?un défaut interne de type court-circuit sur un module à température ambiante. Un court-circuit est un phénomÚne électrique qui se produit notamment lorsque deux parties chargées électriquement sont mises en contact direct, le plus souvent accidentellement. Il se traduit par une augmentation brusque de l'intensité du courant et une augmentation de la température par effet joule jusqu?à provoquer l'incendie ou, dans le cas des batteries lithium, le démarrage du phénomÚne d'emballement thermique. Cette hypothÚse ne peut être écartée dans la mesure où : ? Elle a été privilégiée par le BEA-TT comme cause des incendies de bus qui se sont produits à Paris en avril 202224 (précisons ici qu'il s'agissait de modules en fonctionnement donc de modules "chauds") ; ? Certains modules de batteries stockées dans la cellule n°1 étaient similaires à ceux impliqués dans les incendies des deux bus. 24 https://www.bea-tt.developpement-durable.gouv.fr/rapport-d-enquete-sur-les-incendies-de-deux-bus-a1324.html Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 33 | 62 L'INERIS a donc réalisé des essais pour simuler un tel défaut sur des modules ou des cellules électrochimiques à température ambiante, état dans lequel étaient stockés les modules dans l'entrepÃŽt au moment où s'est produit le départ de l'incendie. Pour tester cette hypothÚse, l'INERIS a procédé à plusieurs types d'essais : un essai de perforation mécanique appelé essai clou25, un essai de défaut intentionnel26. L'essai clou s'est déroulé dans des conditions satisfaisantes et n?a pas conduit au déclenchement de l?emballement thermique27 durant la durée de l'essai. Le test montre une assez bonne résistance de la cellule à ce type d'abus. Les mesures permettent font état d'une élévation de température localisée de 2°C insuffisante pour déclencher un emballement thermique. L'essai de défaut intentionnel s'est soldé par un échec (non-fonctionnement du dispositif d'amorçage) et son résultat n'a pas pu être exploité. C'est la raison pour laquelle il ne figure pas dans le rapport d'essai de l'Ineris. Compte-tenu de la difficulté de reproduire un court-circuit interne ou inter-cellules électrochimiques, l'INERIS a proposé par ailleurs un test ne simulant pas le défaut mais ses conséquences, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé. Cette méthode d'essai est inspirée de protocoles d'homologation appliqués au batterie lithium-Ion28. Réalisé sur un module, cet essai n'a pas provoqué l'emballement thermique29 du module. Le même essai de chauffe localisée30 a été réalisé directement à la surface d?une cellule électrochimique. Il a provoqué l'emballement thermique de la cellule qui s?est ensuite propagé à la cellule en série placée dessous. Le test de chauffe localisée à des fins de simulation de court-circuit interne pose des questions de représentativité car il n'apporte pas la preuve que le phénomÚne de court-circuit est physiquement possible. Il présuppose que le défaut interne se produit, sans apporter la démonstration de sa faisabilité, et dans des proportions suffisantes pour libérer par effet joule une chaleur comparable celle produite par le dispositif de chauffe. 25 L'essai consiste à enfoncer un clou d'un diamÚtre de 10 mm dans un empilement de deux cellules électrochimiques dans le but de provoquer des courts-circuits internes à une cellule puis entre deux cellules. 26 L'essai consiste à introduire à la conception de la cellule électrochimique testée un dispositif thermo fusible qui provoquera en chauffant le court-circuit interne. 27 Plusieurs facteurs peuvent expliquer l'issue de ce test : vitesse de pénétration, le diamÚtre du clou et la position de percement et la durée d'observation de l'essai. 28 ISO 6469-2 ou série 05 du RÚglement 100, adoptée en GRSP en décembre 2024 (annexe III du rapport Ineris) 29 Le dispositif était posé sur le dessus du module sur la face extérieure supérieur du casing. AprÚs analyse de l'essai, il semble que le dispositif de chauffe (de taille réduite pour réaliser un échauffement ponctuel) ait été trop éloigné de la premiÚre cellule électrochimique. 30 Le dispositif de chauffe (pad) a pour dimension 25 mm x 25 mm et la cellule électrochimique (275 mm x 645 mm). La surface de chauffe représente 0,35% de la surface de la cellule électrochimique. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 34 | 62 En conclusion, les deux tests mécaniques réalisés n'ont pas conduit à l'emballement thermique des cellules. Comparativement à d'autre technologie lithium, le test au clou montre même une bonne tenue du module LMP à température ambiante. Pour autant, compte tenu des nombreux paramÚtres qui peuvent influencer l'issue du test31, l'unique essai au clou réalisé ne permet à lui seul d'exclure ce scenario. Dans ce contexte, le test de chauffe localisée montre qu'un échauffement ponctuel de la cellule électrochimique peut suffire à déclencher l'emballement thermique de cette derniÚre. IV.3.2 L'incendie de module S'agissant du comportement des modules dans l'incendie, l'objectif des tests était de déterminer les caractéristiques de la propagation de l'emballement thermique, d'étudier le comportement des caisses de modules dans un incendie et d'évaluer l'influence du sprinklage du type de celui qui équipait la cellule n°1. Essais ParamÚtres Unités Feu sur module placé dans une virole Feu sur caisse Feu sur caisse avec sprinklage Propagation sur caisse Propagation sur caisse avec sprinklage Nombre de modules testés - 1 7 7 6 6 Nombre de modules qui ont réagi - 1 7 4 6 6 Type d'agression - Flux thermique de 10 à 15 kW/m2 Feu englobant32 > 100 kW/m2 Feu englobant33 > 100 kW/m2 pad chauffant sur un module pad chauffant sur un module Débit calorifique maximal kW 2400 5500 5000 9000 9000 Température d'emballement (ordre de grandeur) °C NM* <200 154 164 172 Durée de l'agression avant emballement du premier module min 15 11 9.9 11 9.8 Durée totale de réaction des modules min 2.5 10 18 9 14 Températures maximales mesurées par les TC °C >1200 >1200 >1200 >1200 >1200 Températures maximales mesurées par la caméra thermique °C NM* 1615 >1400 NM* 1400 Températures moyennes pendant le sprinklage °C NP* NP* 600 NP* 600 31 Tensions appliquées aux bornes des cellules, vitesse de pénétration, diamÚtre du clou, positionnement du clou ? 32 Il s'agit d'un feu produit par un brûleur qui produit un feu réparti sur une surface de 2m x 1,40m, alimenté par un débit de propane d'un débit fixé à 25 g/s, et qui place la caisse d'une une ambiance de 900 °C et d'une puissance de 1500 kW. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 35 | 62 Emittance maximale calculée (ordre de grandeur) kW/m2 170 165-200 NM* 180 NM* Flux radiatif maximal reçu à 3 m kW/m2 11 10 18 18 12 Tableau 3 : Extrait du tableau de synthÚse rapport INERIS en annexe du présent rapport *NM : Non Mesuré, *NP : Non Pertinent Au terme de ces essais, l'INERIS apporte les réponses suivantes aux questions qui lui ont été adressées : Questionnement Réponses de l'Ineris Déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dit "froids" peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ? Les écrasements quasi-statiques menés sur les deux axes ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. Sur l?un des axes, les énergies nécessaires pour provoquer un début d?échauffement du module correspondent à une chute d?une masse de 40 kg de 5 m. Sur l?autre axe, l?énergie correspond à une chute de 6,5 m d?une masse de 280 kg. Les hypothÚses d?une chute d?objet sur la caisse, de la chute d?une caisse ou d?un coup de fourche de chariot élévateur semblent donc des hypothÚses plausibles même s?il faut noter que les modules étant placés dans des caisses, celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. Ces essais montrent aussi que la détermination du point de démarrage de l?emballement thermique est plus compliquée que pour du Li-ion car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Signifiant que les limites d?énergie tolérables sont moins faciles à déterminer et que, d?un point de vue accidentel, l?abus a pu avoir lieu plusieurs minutes/heures avant la réaction (ce qui reste parfois possible mais dans une moindre mesure pour le Li-ion). ; ? La seconde hypothÚse étudiée est celle d?un défaut interne de type court-circuit entre cellules ou interne à certaines cellules constitutives des modules. Pour tester cette hypothÚse, un essai clou a été réalisé. Il n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Toutefois, même si ce test démontre une assez bonne résistance de la technologie à ce type d?abus, plusieurs facteurs pourraient modifier l?issue du test : vitesse de pénétration, le diamÚtre du clou et la position de percement. Afin de s?affranchir de ces nombreux paramÚtres de test, un test ne simulant non pas le défaut mais les conséquences d?un défaut, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé, sera proposé dans la partie suivante du rapport. D?autres hypothÚses comme le court-circuit externe, un défaut d?étanchéité ou la surdécharge n?ont pas été étudiées car non considérées comme susceptibles d?être la source de départ d?un emballement thermique pour un module à température ambiante en condition de stockage. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 36 | 62 Etudier les mécanismes de propagation de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batterie peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie De maniÚre générale, les essais menés ont permis de caractériser le comportement des batteries LMP produites par Blue Solutions en situation abusive. Il ressort de l?analyse que : ? Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module n?entre en réaction violente. La réaction est quasi instantanément trÚs violente ; ? La détermination d?abus maximal tolérable avant l?emballement thermique est compliquée à déterminer car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Ce comportement est observé particuliÚrement lors d?abus mécaniques ; ? Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; ? Des températures trÚs élevées sont observées (1615°C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement et donc la propagation, peut affecter la tenue des structures métalliques ou en bêton ; ? Des coulées de métaux/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol. En complément de ces observations, des valeurs précises concernant les paramÚtres de combustion ont pu être déterminées. L?énergie de combustion spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure par rapport à ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris sur des cellules Li-ion NMC tandis que le débit calorifique spécifique des modules LMP Blue Solutions atteint des valeurs comparables avec ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris ou dans la littérature sur des cellules Li-ion NMC. Si l?on compare maintenant ces valeurs à celles observées sur des modules Li-ion de type automobile, le débit calorifique mesuré sur les modules LMP Blue Solutions est également nettement supérieur. Cet écart s?explique à la fois par les propriétés intrinsÚques de la technologie et par les choix d?ingénierie faits par Blue Solutions, aboutissant à l?absence de séparation physique entre les éléments du module (7 kWh) qui permettrait de ralentir la propagation et limiter la quantité de matériaux réagissant simultanément. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 37 | 62 Evaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés Lors de la combustion des modules, des émissions de gaz importantes sont observées. Le mélange gazeux est en trÚs large majorité composé de CO2, issu de la combustion intense. Comme autres produits de combustion, du CO est mesuré (en quantité 30 fois inférieure) et du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. D?autres gaz et COV plus spécifiques sont détectés, on pourra citer le méthane (CH4), le fluorure d?hydrogÚne (HF), le dihydrogÚne (H2), le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que des traces de benzÚne (C6H6), de propane (C3H8) et parfois de chlorure d?hydrogÚne (HCl). Le mélange gazeux observé n?est pas inflammable33 contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Liion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réaction fumigÚne sans feu violent parait impossible. L?aspersion d?eau modifie cependant sensiblement ce mélange gazeux. En effet, s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) a été détectée pour la premiÚre fois dans ces conditions. L?extinction à l?eau peut expliquer la formation de ces gaz inflammables et/ou pyrophoriques. Ces essais ont aussi été l?occasion d?évaluer les émissions particulaires émises dans les fumées et à proximité des batteries. ? Dans les fumées, le flux de particules est estimé de 6x1014 particules/s, au pic de réaction d?un module. Ces particules ont un diamÚtre "médian" compris entre 81 nm et 190 nm selon les essais. Beaucoup de ces particules sont d?origines organiques (goudron, suies, ?) et une analyse élémentaire des prélÚvements sur filtres permet de démontrer un enrichissement marqué en lithium, en phosphore et en fluor ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre, fer et aluminium. Une pseudo quantification trÚs approximative permet de donner les ordres de grandeur d?émission de ~290 g de lithium, ~230 g de phosphore et ~60 g de soufre par module. ? A proximité de l?échantillon, les meilleurs traceurs des émissions sont, de loin, le lithium et le fluor. Des traceurs organiques de type PCB et PCDD/F peuvent être identifiés. On pourra retenir les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169 et le 2,3,7,8 TCDF. Les analyses révÚlent également l?absence de HAP. 33 Le caractÚre ininflammable du mélange tient au fait que les gaz inflammables dont la présence a été décelée sont dans des concentrations trÚs inférieures à leur limite inférieure d'inflammabilité. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 38 | 62 Évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique Lors de cette campagne, des essais ont été réalisés visant à évaluer l?efficacité et les conséquences d?une extinction à l?eau d?un feu naissant (deux ou trois modules en emballement). Nous concluons que le sprinklage a permis de ralentir la propagation entre caisses superposées sans toutefois l?empêcher. Le sprinklage a aussi pu avoir un impact positif sur la propagation horizontale au sein d?une même caisse puisqu?il a permis d?arrêter la propagation entre modules au sein de la caisse. Les essais réalisés ne permettent pas de conclure formellement sur la possibilité de propagation vers une caisse située au-dessous de la caisse en emballement mais les coulées de métal en fusion restant plusieurs dizaines de minutes à plus de 1000 °C laissent penser qu?une propagation rapide aura lieu. L?extinction à eau, semble donc pouvoir être recommandée sur ce type de feu. Même s?il est clair que cela ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration propice (empilement par deux comme ici testé par exemple), elle peut permettre de limiter la propagation de l?incendie. Si elle intervient dans un délai plus long, l?arrêt de la propagation ne peut pas être garantie par les essais réalisés mais elle sera vraisemblablement bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Il y a cependant des contreparties à prendre en compte : la projection de métal en fusion ; la production de gaz toxiques et inflammable (CO, H2, ?). Aussi une fois la phase intense de l?incendie terminée il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables. Aussi, il est recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées. Évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feux connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie, communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI, Les conclusions, transposées à des conditions de stockage en entrepÃŽt montrent que les distances d?effets associées à l?incendie d?un tel entrepÃŽt atteindraient des valeurs jusqu?à 5 fois celles observées sur des entrepÃŽts de produits courants. Elles montrent également que la tenue mécanique des murs REI120 serait compromise en cas de stockage de palettes à proximité du mur (quelques mÚtres) au regard des températures atteintes (de l?ordre de 1400 °C). Le débit calorifique de l?incendie atteindrait des valeurs trÚs importantes (plusieurs dizaines de GW pour des durées d?incendie limitées (possiblement inférieure à 1 h). Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 39 | 62 dispositifs de désenfumage); Graphique 2 : comparaisons du flux mesuré avec 3 flux de référence : palette flumilog 1510, palette NMC flumilog et ce que serait une palette flumilog LMP. Afin d?affiner la comparaison, l?énergie libérée par l?incendie de la caisse de 7 modules LMP est extrapolée à celle d?un stockage unitaire de volume égal à celui de la palette standard 1510, soit 1.44 m3, au prorata du volume. Cela représente environ 25 modules. Ce mode de conditionnement palette est cohérent celui pratiqué dans l'entrepÃŽt et recommandé par Blue Solutions (empilement sur 4 niveaux de palette comportant une caisse de 7 modules). Préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants Afin de préciser si les moyens de protection utilisés dans les derniÚres heures d'extinction permettent de protéger convenablement les intervenants et aprÚs des observations préliminaires de réactivité des résidus d?essais, des essais de détermination de l?hydro réactivité, suivant l?épreuve N.5 du Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU (ST/SG/AC.10/11/Rev.8) ont été réalisés sur le résidu de combustion de batteries prélevé « Tel Quel » et permettent de conclure que : ? Un fort dégagement gazeux a été observé systématiquement pour chaque phase de l?épreuve dans les conditions d?essais, et une inflammation immédiate et vive des gaz générés a été mise en évidence lors des tentatives d?inflammation à l?aide d?une flamme produite par un brûleur à gaz (à distance d?environ 30 cm minimum) ; ? Des débits de gaz allant jusqu?à environ 576 L/h.kg en débit maximal sur 1 h ont été mesurés ; ? Le résidu de combustion est donc considéré comme étant hydro réactif. Cette réactivité conduisant à des émissions de chaleur et de gaz toxique/inflammable/pyrophorique que sont l?acétylÚne (C2H2), la phosphine (PH3) et probablement le dihydrogÚne (H2). Cette réactivité est expliquée par la présence de Li3P, de Li2C2 et de lithium métal dans les résidus. Ceci rend, les derniers moments de l?extinction, et plus généralement la gestion post accidentelle, complexe et nécessitant une protection adéquate de intervenants. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 40 | 62 L'INERIS assortit ses réponses des recommandations suivantes : "Enfin, cette étude connait certaines limitations et d?autres études pourraient être nécessaires afin de mieux définir les conditions de stockages optimales de ces modules. L?ensemble des modules testés étaient complÚtement chargés (SOC 100 %) or il est reconnu qu?une réduction de l?état de charge permet de diminuer la réactivité des batteries Li-ion, l?influence de l?état de charge pour des batteries Li-métal reste à déterminer. Les essais de cette campagne ont eu lieu à température ambiante. Étudier l?effet d?une réduction de température sur la possibilité de ces modules à réagir et sur les possibilités de propager un incendie revêt un intérêt, d?autant plus que des dérogations au transport pour des modules endommagés ont été émises sous cette condition. Nous noterons aussi la possibilité d?extrapolation de certains de ces résultats à d?autres batteries contenant du Li-métal à l?anode, ce qui semble être l?option favorisée par les constructeurs automobiles dans leurs feuilles de route à l?horizon 2035, particuliÚrement dans le cas des batteries dites tout solides." IV.3.3 Les autres observations issues des essais Par ailleurs, le BEA-RI retient également de l'ensemble de ces essais les éléments complémentaires suivants : ? Les premiers effets de l'emballement thermique se produisent avec un décalage temporel important par rapport à l?abus mécanique. Ceci signifie qu'il ne peut être exclu que le fait initiateur a pu avoir lieu plusieurs minutes ou plusieurs heures avant la réaction ; ? Les durées avant emballement suite à agression thermique34 sont d?une dizaine de minutes sauf pour l?un des essais pour lequel le module avait été placé à l'intérieur d'une virole en acier. Dans cet essai, pour lequel le module n'a pas subi directement l?action de la flamme, la durée a été portée à 15 min. En comparaison avec d'autres types de modules de type Li-ion, ces délais sont plutÃŽt longs ; ? Les essais réalisés conduisent à des résultats cohérents dans leur ensemble qui font apparaître une température interne d?emballement du module inférieure à 200°C, température largement atteinte dans un incendie de type entrepÃŽt de matiÚres combustibles; ? Les débits calorifiques maximaux mesurés dépendent directement du nombre de modules en emballement thermique en simultané (de l?ordre de 5 000 kW pour le feu englobant correspondant à la réaction de 2 modules et de 9 000 kW pour le pad chauffant correspondant à la réaction simultanée de 3 modules) ; ? Les températures maximales mesurées de l?ordre de 1 600 °C éloignées de celles des feux d?hydrocarbures qui culminent entre 1 000 et 1 200 °C mettent en évidence une réaction trÚs violente caractéristique des feux de métaux. Les émittances évaluées à partir des flux maximaux mesurés par les fluxmÚtres (170kW/m²) sont caractéristiques de flammes trÚs rayonnantes. Elles sont significativement supérieures à celles des flammes de feu de nappes d?hydrocarbures (comprise entre 50 et 100 kW/m² selon l?échelle et la nature de l?hydrocarbure enflammé). Ces 34 On parle ici d'agression de nature thermique c?est-à-dire au moyen d'un feu ou d'un pad électrique chauffant. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 41 | 62 températures et ces émittances sont cohérentes avec les dégâts constatés dans les zones de stockage de batteries de la cellule 1 ; ? En termes de propagation, les essais ont permis de constater qu'au sein d'une même caisse la propagation de module à module adjacent se fait en moyenne en 90 secondes (temps le plus court 34 s, le plus long 2 min 21 s) tandis que la propagation aux modules de la caisse stockée au- dessus se fait en 3min30 s ; ? L'influence du mode de stockage est déterminante : dans le cas de l'essai sur une caisse, le sprinklage, disposé situé à une hauteur de 6 m au-dessus de la caisse, a permis de stopper la propagation entre modules de la caisse alors que ce même sprinklage n'a fait que la ralentir sans la stopper dans le cas de l'essai où deux caisses étaient superposées ; ? Aucun des modules testés n'a explosé y compris lorsqu'ils ont été exposés à un feu externe. L'analyse des gaz de combustion, en absence d?apport d?eau, ne fait pas apparaître de gaz inflammable en concentration suffisante ce qui rend peu probable, au cours de l'incendie, la formation d'atmosphÚres explosives et donc la production d'explosion35. L'emballement thermique s'accompagne de jets de métal en fusion plus ou moins intenses dÚs les premiers instants et tout au long de la réaction. Ces jets sont une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes dans un rayon de quelques mÚtres autour du module. Des coulées de métaux/résidus en fusion sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. En revanche, les essais n'ont pas permis d'expliquer les projections à grande hauteur de matériaux incandescents constatées sur les images recueillies par drone par les services de secours publics ; ? Les résidus produits par la combustion des modules ont été analysés. Ils ont été caractérisés comme étant hydro-réactifs au sens de la classification ONU TMD. Au contact de l'eau, une réaction exothermique se produit, qui génÚre des gaz toxiques et gaz inflammables (l?acétylÚne (C2H2), la phosphine (PH3) et probablement le dihydrogÚne (H2)). Ces derniers nécessitent le port de protections adéquates pour les intervenants et des précautions d'extraction, ces gaz pouvant s'enflammer par des chocs mécaniques ou des frictions ; ? L'observation de l'essai de propagation sur deux caisses de stockages donne des informations sur la formation et la montée en puissance de l'incendie de deux caisses à partir de l'emballement thermique d'un module. L'observation de la séquence ci-dessous (cf. tableau 4) permet de constater un premier flash accompagné d'une légÚre détonation et de la projection de quelques étincelles. Ces premiers signes durent 1 à 2 s. Le jet d'étincelle est furtif et dirigé d'un cÃŽté de la caisse. A partir de la deuxiÚme seconde, et aprÚs un instant où le phénomÚne semble s'atténuer, des premiÚres flammes apparaissent à l'extérieur de niveau du module qui est entré en emballement thermique au moyen d'un dispositif électrique chauffant. DÚs lors, on constate entre t+2s et t+5s, une rapide montée en puissance du feu soutenu par le phénomÚne d'emballement thermique qui se produit 35 L'INERIS précise sur ce sujet que "le mélange gazeux observé n?est pas inflammable contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Li-ion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réaction fumigÚne sans feu violent parait impossible. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 42 | 62 à l'intérieur. Ce feu se caractérise avant tout par la présence de flammes de couleur jaune oranger qui se rapprocherait en apparence plus d'un feu de caisse de transport (constituée de bois et/ou de carton) qu'à un emballement de module (flamme jaune oranger). La montée en puissance en revanche est rapide : on constate au bout d'une minute des flammes qui atteignent une hauteur de plus d'un mÚtre environ. T0 Photographie 25 : Une légÚre détonation se produit dans la caisse et les premiers signes du départ d'emballement thermique apparaissent. Ils ne sont visibles que d'un cÃŽté de la caisse. T+1s Photographie 26 : les premiÚres étincelles sont projetées d'un cÃŽté de la caisse. On peut voir notamment sur la photo haut droite que la perception du phénomÚne est atténuée par la présence des caisses. T+2s Photographie 27 : Le phénomÚne baisse d'intensité et marque une pause. Un feu se forme à l'endroit de la caisse par lequel sont sorties les premiÚres projections de gaz et d'étincelles. L'intensité du foyer est faible. T+3s Photographie 28 : sous l'effet du phénomÚne d'emballement thermique la caisse de transport constituée de bois et de carton prend feu. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 43 | 62 T+4s Photographie 29 : le feu gagne en intensité. Les flammes qui se forment ne sont pas caractéristiques d'un feu de métal mais correspondent à un feu de contenant T+5s Photographie 30 : le feu gagne rapidement en intensité entretenu à l'intérieur de la caisse par la réaction du module. T+15s Photographie 31 : au bout de 15 s le feu s'est largement développé sous la caisse du bas. Quelques étincelles caractéristiques de l'emballement thermique sont projetées d'un cÃŽté de la caisse, mais là encore la perception n'est pas a même en fonction de l'angle de vue T+30s Photographie 32 : au bout de 30 s, un feu important s'est déjà formé avec des flammes d'une couleur jaune orangée qui dépassent le mÚtre de hauteur. T+1 min Photographie 33 : au bout d'une minute les deux caisses sont totalement embrasées, les flammes atteignent plus d'un mÚtre de hauteur Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 44 | 62 V. Déroulement de l?évÚnement V.1 Déclenchement de l?évÚnement Le lundi 16 janvier, l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 est en cours d'exploitation. Au sein de la cellule exploitée par Bolloré Logistics, des opérateurs sont en train de préparer des commandes en vue de charger les camions qui étaient en attente à quai. Vers 16h30, ils entendent une premiÚre détonation suivie d'une deuxiÚme et aperçoivent des flammes vers le centre de la cellule vers les allées AN, AM ou AL. Compte-tenu de l'importance du feu dÚs les premiÚres minutes, ils n'interviennent pas au moyen des RIA et donnent pour consigne d'évacuer les lieux. L'ensemble des personnels des différentes sociétés suit les consignes d'évacuation. Le feu sera déclaré éteint le 18 janvier à 22h30 au terme d'une période de surveillance au moyen de drones équipés de caméras thermiques pour surveiller les points chauds. Les cellules 1 à 3 seront entiÚrement détruites. La cellule 4 sera préservée des flammes. V.2 L?intervention des secours publics Les services de secours publics sont sur les lieux avant 16h50 mais ne disposent de contact ni avec le propriétaire de l'entrepÃŽt ni avec les locataires des cellules, et cette situation perdurera une heure environ. En l'absence d'un représentant de l'exploitant qui aurait pu les renseigner techniquement, les services de secours publics ont des doutes quant au fait que le systÚme d'extinction automatique ait ou non fonctionné. Le premier point de situation de 17h1536 fait état d'un incendie avéré dans la cellule 1 accompagné de dégagements importants de fumées, de déflagrations et de projections de matériaux incandescents. Ces phénomÚnes de déflagrations et de projections sont sporadiques, importants en nombre et en taille. Ils vont se produire sur une durée approximative de 45 minutes à une heure, ce qui va gêner considérablement l'intervention en raison du danger qu'ils constituent pour les personnels engagés. 36 Etabli à partir des éléments extraits du fil de l'eau de l'intervention, document interne du SDIS 76. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 45 | 62 Photographie 34 : vue des projections dans le panache de fumées (Source : SDIS 76) Photographie 35 : le toit de la cellule 1 a percé. La cellule 2 ne semble pas affectée par l'incendie (Source : SDIS 76). Les trappes de désenfumage sont ouvertes sur les cellules 1 et 2. La premiÚre reconnaissance permet de constater que la cellule 2 ne présente pas de trace d'incendie. En revanche, des fumées sont présentes sous la toiture sans qu'il soit possible d'identifier les points de passage. Afin d'éviter la formation d'un ciel de fumées chaudes et de gaz inflammables, la décision est prise d'ouvrir les trappes de désenfumage de la cellule 2. L'action sur la cellule 1 se limitera à la mise en oeuvre de moyens automatiques sans engagement de personnel compte-tenu des risques (essentiellement un BEA37). Si l'on se réfÚre aux éléments rapportés dans le fil de l'eau de l'intervention, le risque de propagation à la cellule 2 est rapidement identifié. Le passage de l'incendie à la cellule 2 (contenant des pneumatiques) n'est pas explicitement précisé. L'image thermique réalisée au drone montre qu'à 19h03 la cellule est entiÚrement embrasée et a perdu sa toiture à 19h40 le compte-rendu d'opération mentionne "position de lance-canon en protection dans la cellule 3, adjacente à la cellule 2" qui laisse entendre que le feu de la cellule 2 est effectif. Ces éléments amÚnent à penser que le feu s'est propagé à la cellule 2 bien avant 19H00. 37 bras élévateur aérien Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 46 | 62 Photographie 36 : Photographie thermique au drone de l'entrepÃŽt horodatée à 19h03. L'incendie de la cellule 2 est clairement visible avec des hauteurs de flamme de plus de 40m (Source SDIS 76) Lorsque le feu se développe dans le stockage de pneumatiques, la défense incendie par sprinklage est inopérante par manque d'eau mais aussi possiblement en raison de la destruction partielle de l'installation dans la cellule 1 à l'angle du mur intercellules et du mur de façade sud. Vers 23h00, les services de secours envisagent une extinction de la cellule 2 à l'émulseur projeté par deux BEA, et dans un second temps une extinction à l'eau émulsionnée. L'extinction sur la cellule 2 sera déclenchée à 0h00. Vers 1h00, la visite de reconnaissance fait état d'un feu dans les cellules 1 et 2 peu virulent et de l'absence de trace d'incendie (absence de fumée, de point chaud) dans la cellule 3. Il est décidé le retrait des lances présentes dans cette cellule et la poursuite des actions sur les cellules 1 et 2. Vers 3h20, une nouvelle reconnaissance permet de repérer un feu naissant dans la cellule C3. En l'espace de quelques minutes, le feu reprend dans la cellule et perce la toiture. Le feu de cette cellule sera déclaré circonscrit un peu aprÚs 6h00. En termes de difficultés opérationnelles, outre les phénomÚnes de détonations et de projections, le SDIS mentionne également la présence de trois lignes à haute tension 225 kV et une ligne de 90 kV aux abords de l'entrepÃŽt. La présence de ces lignes ne permet pas le déploiement de moyens d'extinction de type bras élévateur sur une des faces de l'entrepÃŽt compte-tenu des distances de sécurité à respecter et des effets de l'incendie. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 47 | 62 Photographie 37 : En rouge la bande d'emprise de la ligne à haute tension. Photographie 38 : Vue aérienne de l'entrepÃŽt et à droite la présence de la ligne à haute tension. Le SDIS nous a fait savoir qu'il n'avait eu aucun contact avec l'exploitant en titre de l'entrepÃŽt. Les contacts au cours de la gestion de crise ont eu lieu avec des représentants des entreprises locataires des cellules. Le représentant du propriétaire (COGESTRA) était sur le site à partir de 17h47. Il s'est tenu à disposition de la Préfecture via des échanges téléphoniques avec l'astreinte de la DREAL. Le SDIS a enfin fait part aux enquêteurs des difficultés d'intervention liées aux dimensions et à la configuration du bâtiment (présence des locaux administratifs "en saillie" du mur coupe-feu) qui ne permettent pas d'atteindre la totalité des murs intercellules à l'aide des moyens d'extinction employés. 1 2 3 4 10 m ?100 m Photographie 39 : Vue aérienne de l'entrepÃŽt Highway et indication des dimensions Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 48 | 62 VI. Conclusions sur le scénario de l?événement VI.1 Scénario Les témoignages recueillis ainsi que les constats réalisés lors de la visite nous conduisent à exclure des causes externes à l?installation ainsi qu'une origine malveillante. Les premiers témoins du départ de l'incendie ont clairement indiqué dans leurs premiÚres déclarations que l'incendie était parti dans une zone où étaient stockés des modules de batterie. Ces modules étaient des modules usagés qui avaient été retirés de la circulation pour diverses raisons liées, pour certains d'entre eux, à leur performance ou leur état de fonctionnement. Le BEA-RI n'est pas en mesure de déterminer avec certitude si le départ de feu a été produit par l'emballement d'un module ou par un feu externe. Le BEA-RI retient toutefois que : ? Le premier signe perçu est un bruit sourd de coup, aucune fumée et aucune odeur ne sont perçues avant cela. ? La cinétique d'apparition est trÚs rapide : quelques minutes avant l'alerte, trois opérateurs sont présents dans la zone depuis laquelle l'incendie sera repéré. Ils ne perçoivent aucun signe. Une minute avant l'alerte, l'opérateur ne perçoit aucun phénomÚne anormal. Dans la minute qui suit, l'opérateur détecte le feu. Celui-ci est suffisamment développé pour qu'il ordonne l'évacuation de la cellule. Le délai entre la découverte de l'incendie et le déclenchement du systÚme de sprinklage est de moins de 3 minutes ce qui atteste d'une montée en puissance des premiÚres flammes nécessairement rapide pour provoquer le déclenchement de la tête de sprinklage située sous la toiture de l'entrepÃŽt. ? Le premier emballement thermique visible (grâce aux lueurs du flash sur les murs de l'entrepÃŽt) intervient entre 4 et 5 min aprÚs la découverte de l'incendie. Pour rappel, et à titre de comparaison, lors des essais produits par l'Ineris, l'emballement d'un module exposé à un feu de produits combustibles de taille significative38 s'est produit au bout de 10 min. Tandis que l'emballement thermique de module provoqué par un autre emballement thermique (du module situé à cÃŽté) se produit au bout de 90 s en moyenne (entre 34 s et 2 min 21 s), sans présence du systÚme d'extinction qui peut avoir un effet retardant (démontré par les essais de propagation avec sprinklage). ? L'examen des produits présents dans les allées39 désignées par les témoins comme lieu possible du départ de feu (et non invalidé par l'exploitation des images vidéo) ne permet pas d'identifier 38 Pour rappel il s'agit d'un feu englobant d'une surface de 2m x 1,40m, et d'une puissance de 1500 kW comparable la puissance de l'incendie d'une palette entiÚre de matiÚre combustible. 39 L'exploitation de l'inventaire transmis par Bolloré Logistics fait état de piÚces de carrosseries, de piÚces mécaniques de moteur ou de transmission, d'élément d'aménagement intérieur, de câblages. L'inventaire mentionne la présence de dispositifs d'airbag mais ils sont situés de l'autre cÃŽté de la cellule (allée AM rack 12) et semblent donc éloignés de la zone de départ de l'incendie. Les substances dangereuses (non inflammables) sont stockés allée AD ou dans le local spécifique. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 49 | 62 la présence de matiÚres susceptibles de produire spontanément un feu d'une telle intensité et d'une telle cinétique et susceptible de ne pas être éteint pas le sprinklage. On note en outre qu'il existe une assez bonne corrélation entre l'ensemble des éléments rapportés ou observés (bruit sourd, ampleur et cinétique du phénomÚne, emballement thermique visible au bout de 4 min, description des flammes) et les constats dressés lors des essais et notamment lors de l'essai de propagation dont la description est détaillée est rapportée en partie IV.3.3 du présent rapport. On y constate en effet que l'emballement débute par une petite explosion dont l'effet est essentiellement sonore et qui est attribuée à la rupture de disque de rupture qui équipe les modules. Contrairement à d'autres technologies de batteries, l'émission de fumées n'est pas un préalable. Pour mémoire, le module est, par conception, scellé et sous atmosphÚre inerte. A supposer que l'emballement soit précédé systématiquement d'émission de fumées, ce qui n'est pas démontré40, celles-ci sont, dans un premier temps, contenues dans le module jusqu'à rupture du casing. On observe également que les premiers signes d'emballement du module (flash ou projections d'étincelles) sont en réalité trÚs fugaces et atténués (ou facilement masqués) par la présence d'obstacles comme d'autres modules ou d'autres caisses (comme ce serait le cas d'un module situé à l'intérieur d'une caisse elle-même placée au sein d'un empilement de palettes). Les flammes qui se forment dans les premiers instants sont alors la résultante de la combustion des caisses (qui produit les colorations jaunes et orangers constatées) alimentée par l'emballement du module. Le flash lumineux important visible 4 à 5 minutes aprÚs l'alerte correspond à l'emballement thermique d'un module. En l'occurrence il pourrait s'agir du module voisin dans la même caisse, potentiellement situé en bord. Plus visible depuis l'allée et dans une caisse qui a été en partie détruite par le feu, les effets de ce second emballement sont plus visibles. Au regard de ces éléments, le BEA-RI privilégie l'hypothÚse que les premiÚres flammes sont la conséquence de l'emballement thermique d'un module. Concernant le départ spontané du module, il n'a pas été possible de déterminer la cause premiÚre de l'emballement. Une des difficultés d'établir le lien de causalité entre un défaut ou une agression externe et l'emballement thermique est le caractÚre différé du mécanisme d'emballement mis en évidence dans les essais. On ne peut donc exclure que l'agression initiale ou le défaut se soit produit ou formé plusieurs heures avant le déclenchement de la réaction. L'autre difficulté tient au résultat des essais à proprement parler. L'essai mécanique a permis de montrer qu'un tel phénomÚne était tout à fait plausible sur un module à température ambiante ayant subi une agression externe (chute, chute d'objet sur la caisse, coup de fourche). Concernant l'hypothÚse du court- circuit interne, plusieurs essais ont été réalisés. Si les résultats obtenus (absence d'emballement 40 L'essai de compression a permis de constater que l'emballement thermique peut se produit sans aucun signe annonciateur, puisque l'emballement thermique s'est produit soudainement, sans montée en température visible, sans dégagement de fumée ou de gaz. Les fumées perceptibles lors des autres essais ne sont pas attribuées au module mais à la montée en température des adhésifs (utilisés pour fixer le dispositif d'allumage). Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 50 | 62 thermique à l'essai clou) montrent une bonne tenue de la cellule LMP à ce type d'agression, ils ne peuvent permettre d'exclure à eux seuls cette éventualité. L'essai de chauffe localisé ne permet pas de prouver que le court-circuit interne est possible, il permet tout au plus de constater qu'un effet joule trÚs localisé suffisamment intense permet de déclencher l'emballement thermique. Ces essais permettent d'établir que l'emballement spontané du module, dans des circonstances particuliÚres, est une hypothÚse qui ne peut être exclue. Les essais apportent enfin la certitude qu'il suffit de l'emballement thermique d'un module pour provoquer l'incendie généralisé de la cellule. Le phénomÚne d'emballement est particuliÚrement violent et rapide, les températures atteignent les 1600°C en quelques secondes et les fumées produites sont importantes. Il était impossible pour un opérateur d'intervenir sur l'origine du foyer avec les moyens d'extinction dont il disposait. Les essais ont montré que le phénomÚne d'emballement thermique s'accompagne de flammes et de projections de métal en fusion potentiellement dangereuses pour les primo-intervenants s'ils ne disposent pas de tenue de protection adaptée et d'une formation spécifique. Il est donc possible d'affirmer qu'une fois déclenché, le phénomÚne d'emballement se propage de module en module et met le feu aux matiÚres combustibles présentes à proximité. La propagation est facilitée par les phénomÚnes de projections dans le voisinage immédiat et par les coulées de métal en fusion sur les caisses des racks inférieurs. Le déclenchement du systÚme d'extinction automatique qui intervient 2 minutes aprÚs l'alerte n'a tout au plus pour effet que de ralentir la propagation de l'incendie sans la stopper. Il en aurait été peut-être autrement si l'emballement thermique s'était produit sur une caisse située au sommet d'une pile et exposée directement à l'eau41. En tout état de cause, l'eau projetée à ce stade n'a pas eu d'effet aggravant sur le développement de l'incendie (essais de propagation avec sprinklage42). Le feu produit par la combustion des emballages et des autres produits stockés, que nous qualifierons de conventionnel (par opposition aux phénomÚnes d'emballement thermique), peut également faire entrer les modules encore intacts en emballement thermique. Les essais ont montré que pris dans un incendie, les modules partent en emballement thermique en quelques minutes (10 minutes dans un feu classique). Les températures produites sont maintenues à des niveaux trÚs élevés (au-delà des 1200°C) ce qui provoque l'affaiblissement des racks et leur effondrement. Concernant les explosions constatées à l'arrivée des pompiers, aucun des essais réalisés par l'INERIS n'a donné lieu à des phénomÚnes d'explosion tels que ceux constatés le jour de l'intervention. Les essais ont 41 L'aspersion directe d'eau ayant permis dans un des essais de stopper la propagation de module à module au sein d'une même caisse de transport. 42 Rapport INERIS Annexe I Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 51 | 62 permis de constater que l'emballement thermique d'un module s'accompagne de projections de métal en fusion dans un rayon de quelques mÚtres sans atteindre des hauteurs importantes. Cela peut s'expliquer par le fait que les modules, bien que scellés, sont équipés d'un disque de rupture et fondent rapidement sous l'effet de la chaleur produite. Les gaz inflammables produits par les réactions exothermiques sont, compte-tenu des températures atteintes, brûlés instantanément. Les enquêteurs ont donc recherché d'autres causes possibles de ces projections. L'état des stocks communiqué dans le cadre de l'enquête par la société Bolloré Logistics mentionne la présence d'un millier de dispositifs d'airbags au sein de la cellule le jour de l'incendie. La majeure partie de ces dispositifs était stockée sur des racks où étaient également stockées en partie basse les caisses de modules. Les dispositifs pyrotechniques étaient donc directement exposés aux flux thermiques générés par l'incendie des modules. Ainsi les essais invalident l?hypothÚse que les projections observées à grande hauteur dans les panaches de fumées puissent être dues aux modules. En revanche, la présence des dispositifs d'airbag peut en être à l'origine. Cela limite également l'implication des modules dans le franchissement du mur intercellules par projections aux seuls modules placés suffisamment haut et proche du mur dans les racks pour que les projections produites puissent franchir le mur. Le franchissement du mur intercellules 1-2 peut avoir plusieurs explications : retombées de projections par un des exutoires de fumées ouvert, passage des fumées et des gaz de combustion qui parviennent à traverser le mur intercellules 1-2 soit par la zone supérieure du mur à la jonction avec la toiture (qui est particuliÚrement exposée et dégradée) soit par les dégradations produites par l'incendie (passage de canalisation, portes coupe-feu endommagées) soit par conduction de la chaleur par les canalisations traversantes. Au final, lorsque le feu se déclare dans la cellule n°2, la défense incendie par sprinkler n'est plus opérationnelle et le feu peut se développer. Concernant l'incendie de la cellule 3, le franchissement du mur intercellules 2-3 n'a pas fait l'objet d'investigations spécifiques. Les enquêteurs ont pu relever que les désordres constatés sur le mur intercellules 3-2 sont similaires à ceux constatés entre le mur intercellules 1-2 (importante dégradation de la poutre supérieure et perte de l'étanchéité aux fumées, éclatement du béton autour des passages de canalisations qui tendent à confirmer une montée en température de ces derniÚres). VI.2 Facteurs contributifs Les facteurs contributifs sont des éléments qui, sans être déterminant, ont pu jouer un rÃŽle dans la survenance, l?atténuation ou l?aggravation de l?événement. VI.2.1 L'absence de dispositif de confinement du phénomÚne d'emballement thermique Le développement de l'incendie a pu être possible en raison de l'absence de dispositif qui aurait empêché ou ralenti la propagation du phénomÚne à plusieurs niveaux. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 52 | 62 Le rapport produit par l'INERIS met en évidence qu'à l'échelle de la cellule électrochimique, il "n'y a pas de différence fondamentale entre les technologies Li-ion et LMP43" en termes de débit calorifique mesuré. En revanche, à l'échelle du module, le débit calorifique d'un module peut notablement varier, du fait notamment de l'absence de séparation physique entre cellules qui permet une propagation plus rapide dans le cas du module LMP testé. Il en est donc de même à l'échelle de la caisse de transport ou du rack de stockage au sein desquels aucun dispositif n'est prévu pour empêcher ou ralentir la propagation de module à module qui peut se faire à des cinétiques élevées. VI.2.2 La cinétique de propagation Les essais réalisés ont permis d'évaluer la vitesse avec laquelle l'incendie a pu se propager aux caisses puis aux racks voisins probablement plus rapidement vers les racks accolés dos à dos. Les essais ont permis de voir qu'il fallait en moyenne 90s pour que, dans une même caisse de transport, le phénomÚne d'emballement thermique se communique au module voisin et 3min30 s pour un module situé sur la palette du dessus. La figure 6 ci-dessous permet de visualiser une propagation théorique au cours des 10 minutes qui suivent le premier emballement de module. Figure 6 : Propagation théorique du phénomÚne d'emballement thermique dans une configuration de stockage en rack telle qu'elle était pratiquée dans l'entrepÃŽt. Le premier module qui entre en emballement thermique est repéré par une étincelle rouge. Les modules entrés en emballement thermique sont représentés en rouge. Ce résultat est obtenu au bout d'une durée de 10 minutes pour une caisse de 7 modules, en tenant compte des résultats des essais de propagation. Le nombre de modules dépend de l'emplacement du premier module défaillant et du nombre de modules dans la caisse. Cette propagation théorique modélisée sur une palette à partir de l'emballement thermique d'un module ne tient pas compte d'autres éléments qui vont avoir pour effet d'augmenter la vitesse de 43 Rapport Ineris "12-1 Comparaison avec un feu de batterie Lithium" Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 53 | 62 propagation : projections, coulées de métal en fusion, effondrement des racks sous l'effet de la chaleur et chute des modules vont faciliter les départs emballements thermiques de modules. Rappelons également que 10 min c'est également le délai de déclenchement d'emballement d'un module pris dans un incendie conventionnel. Peuvent donc être concernés les modules non adjacents mais situé au droit des flammes. VI.2.3 L'absence de procédure d'intervention sur des départs d'incendie Les opérateurs qui travaillaient dans la cellule exploitée par Bolloré Logistics disposaient d'une formation, classiquement dispensée dans le domaine de la logistique, du maniement d'appareils d'extinction (extincteur et RIA) et de l'évacuation. En l'absence de protocole clair et de moyens de protection et d'intervention, il était impossible pour les opérateurs d'intervenir, dans les premiers instants, efficacement et sans se mettre en danger. VI.2.4 L'absence d'un systÚme d'extinction adapté aux marchandises stockées Les essais produits par l'INERIS ont montré que le systÚme d'extinction, compte-tenu du mode de stockage, ne pouvait empêcher l'embrasement généralisé de la cellule. En revanche, ces mêmes essais ouvrent des perspectives en matiÚre de dispositif de lutte contre ce type d'incendie notamment par un usage adapté du sprinklage. VI.2.5 La quantité de modules stockés L'ampleur, la durée et les conséquences de l'incendie de la cellule 1 sont directement liées à la quantité de modules qui était présente dans la cellule, elle-même étant la conséquence de l'absence d'écoulement du stock de modules usagés. VI.2.6 L'absence d'un systÚme d'extinction opérationnel sur l'incendie des autres cellules Dans la cellule 2 (et plus tard dans la cellule 3), l'incendie n'a pas été ralenti ou stoppé dans son développement dans la mesure où le systÚme d'extinction automatique n'était plus opérationnel au moment où le premier foyer y est apparu. Cette indisponibilité a nécessairement joué un rÃŽle dans la propagation de l'incendie aux cellules 2 et 3 en privant les services de secours d'un moyen d'extinction fixe. Il est important de noter que le systÚme d'extinction aurait été efficace uniquement pour le premier départ d'incendie. En effet, la stratégie d'extinction repose sur l'hypothÚse que l'incendie démarre en un seul point et que tous les moyens sont mobilisés pour éteindre le premier foyer. Du fait de la durée d'incendie de la cellule 1 puis de la cellule 2, il est tout à fait possible d'imaginer qu'il se serait produit plusieurs propagations dans le temps. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 54 | 62 VI.2.7 La présence de produits combustibles et explosifs dans la même cellule La cellule contenait des produits combustibles et des produits explosifs. Leur présence a contribué au développement rapide et violent de l'incendie dans la cellule. En outre, le BEA-RI retient que les dispositifs d'airbag ont probablement joué un rÃŽle dans la formation des phénomÚnes d'explosion et de projections qui ont été constatés à l'extérieur de la cellule au cours de la premiÚre heure d'intervention des services de secours du SDIS. VI.2.8 Des difficultés opérationnelles La présence de la ligne haute tension au sud de l'entrepÃŽt a constitué une gêne dans le déroulement des opérations de secours. Le BEA-RI considÚre néanmoins que la présence d'un deuxiÚme bras élévateur au sud n'aurait pas permis d'éteindre l'incendie de la cellule 1. En outre, compte-tenu de la portée des moyens mobilisés, la largeur de l'entrepÃŽt, la présence des locaux de bureau et les flux thermiques générés ont constitué des contraintes fortes qui n'ont pas permis de positionner les engins au plus prÚs du bâtiment à protéger et qui ont limité l'efficacité de l'intervention. VI.2.9 Le défaut d'étanchéité des murs intercellules L'examen des murs intercellules permet de constater que les murs ont particuliÚrement souffert lors de l'incendie (défaut d'étanchéité en partie haute entre les éléments du mur et la poutre supérieure, passage de canalisations qui ont chauffé, endommagement de la porte coupe-feu, trou formé par un projectile). Ces dégradations consécutives à l'incendie ont pu favoriser la diffusion des fumées et des gaz d'incendie et la propagation de l'incendie. VII. Enseignements de sécurité VII.1 Emballement des batteries LMP en sommeil L'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 et les tests réalisés par l'INERIS démontrent que même lorsque la batterie LMP est à température ambiante, c?est-à-dire que son électrolyte est solide (donc moins conducteur), des défauts internes ou des agressions externes peuvent initier un emballement thermique. VII.2 Caractéristiques d'un emballement thermique de batterie LMP L'emballement thermique de la batterie LMP est un phénomÚne qui s'apparente à un feu de métaux. Il est soudain et n?est précédé d'aucun signe de mécanisme réactionnel. Pris dans un incendie, un module LMP entre en emballement thermique au bout de 10 min environ. Cet emballement s'accompagne de la formation de flammes de forte émittance et de projections de métal en fusion. Les températures atteintes oscillent autour des 1600°C ce qui explique la formation de coulées de métal en fusion. Les projections et les coulées de métal en fusion ainsi que les forts rayonnements générés favorisent la propagation du phénomÚne dangereux et le développement de l'incendie. L?énergie de combustion Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 55 | 62 spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure en comparaison avec ce qui a pu être déjà observé à l?INERIS sur des cellules Li-ion NMC. Hormis la premiÚre explosion de faible ampleur attribuée à la rupture du disque de rupture présent sur le module, aucun phénomÚne d'explosion de module LMP n'a été observé au cours des essais réalisés44. VII.3 Les fumées d'incendies de module LMP Sur le plan quantitatif, l'incendie de modules LMP produit des quantités importantes de fumées qui ont pu être observées lors de l'exploitation des images de vidéo surveillance et être corroborées par les essais. L'exploitation des résultats d'essai montrent que les débits surfaciques45 sont multipliés par 4 par rapport à un incendie de pneumatiques ce qui nécessiterait d'adapter les normes applicables en matiÚre de désenfumage. Sur le plan qualitatif, les analyses de fumées réalisées dans le cadre des essais montrent que les fumées produites par l'incendie de modules de batteries présentent un potentiel toxique comparable à un incendie de pneumatiques. VII.4 Les gaz produits en phase de déclin de l'incendie Les gaz produits par l'emballement thermique d'un module sont essentiellement du CO2 et dans des proportions moindres du CO et du NO. D'autres gaz sont mesurés de maniÚre marginale (HF, SO2, H2, CH4). L?aspersion d?eau modifie sensiblement la composition des émissions. En effet, s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) fait son apparition. Une modélisation a été produite par l'Ineris dans le cadre du rapport pour évaluer l'impact potentiel de cette production de phosphine. Sur la base d'hypothÚses majorantes (superficie de 3 000 m² de résidus de batteries prises dans l?incendie, équivalent à une demi cellule, arrosage de la totalité de déchets) les modélisations donnent des distances d'effet irréversible à 250 m. Ces résultats conduisent le BEA-RI à tirer les enseignements de sécurité suivant : ? En plus d'être toxique, la phosphine est un gaz inflammable dont la température d'auto- inflammation est de 38°C, sa dispersion dans l'air ne peut s'envisager que lorsque la température du foyer est suffisamment basse et en présence d'eau. Les essais ont permis de constater des émissions à 84°C. ? Le seuil olfactif de la phosphine est trÚs en deçà des seuils des effets toxicologiques, son odeur d'ail ou de poisson pourri doit constituer une alerte. ? Il peut être pertinent de mettre en place une surveillance spécifique de ce gaz en phase de déclin de l'incendie surtout en cas d'utilisation ou de présence d'eau. 44 Ce constat a été réalisé sur les 26 modules qui sont entrés en emballement thermique. 45 Débit surfacique d?environ 177 g/m2/s pour un incendie de modules LMP, 40g/m2/s pour des pneus et 12g/m2/s pour des câbles électriques (Rapport Ineris point 11.2.4) Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 56 | 62 VII.5 Effet de l'extinction à l'eau Les essais n'ont pas permis de mettre en évidence d'incompatibilité forte quant à l'usage de l'eau à des fins d'extinction. D'aucune utilité sur un module en cours de réaction, elle peut permettre de limiter la propagation de l?incendie si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration adaptée. A quantité d'eau équivalente, le systÚme d'extinction testé est parvenu à stopper la propagation dans une configuration de stockage (une seule caisse) et seulement à la ralentir dans un autre mode de stockage (deux caisses superposées). Si elle intervient dans un délai plus long, elle peut également s?avérer bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Ce retour d'expérience confirme que l'eau peut être utilisée quelle que soit la technologie de batterie lithium. En revanche, concernant les batteries lithium métal, une fois la phase intense de l'emballement thermique passée, l'arrosage à l'eau des résidus peut s'avérer contreproductif compte-tenu de la production de gaz toxiques et inflammables (cf. VII.3). VII.6 La modélisation d'un incendie de cellule de stockage de batteries Le BEA-RI a demandé à l'Ineris de modéliser, sur la base d'une cellule de stockage théorique, l'impact en termes de zones d'effets, du changement d'affectation d'une cellule de stockage de produits combustible en cellule de stockage de batteries lithium. La modélisation a été réalisée à partir des résultats des essais exposés dans le cadre du présent rapport et, pour ce qui concerne les données utilisées pour modéliser le feu de cellule lithium ion, d'un travail de bibliographie46. Deux configurations théoriques de stockage ont été comparées : ? Un stockage en racks contenant des palettes type de produits combustibles (référence utilisée dans les entrepÃŽts relevant de la rubrique 1510) ; ? Un stockage en rack contenant une palette de 25 modules LMP (ce qui est cohérent avec le stockage en caisse de 7 modules sur quatre niveaux de palettes). À dispositions techniques égales, les modélisations donnent en synthÚse les enseignements47 suivant : ? "Le débit calorifique lié à l?incendie d?une palette de modules LMP est pratiquement 6 fois plus élevé que celui associé à l?incendie d?une palette classée sous la rubrique 1510" ; ? "Les températures de flamme liées à l?incendie d?un stockage de modules LMP peuvent atteindre en moyenne plus de 1400 °C et sont susceptibles de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 sous réserve que ce stockage soit situé à proximité du mur à moins d?une dizaine de mÚtres, et disposé le long du mur sur une dizaine de mÚtres minimum" ; 46 Annexe I Rapport Ineris 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion" 47 Annexe I Rapport Ineris 12.3 SynthÚse de la modélisation d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 57 | 62 ? "Les distances d?effets au seuil des effets irréversibles (SEI) associées à l?incendie d?un entrepÃŽt de 6000 m², de 13 m de hauteur et doté de murs REI120 composé d?un stockage en racks de palettes de modules LMP pourraient atteindre plus de 110 m. Les distances d?effets au seuil des effets domino (8 kW/m²) pourraient atteindre 85 m. Ces distances sont au minimum 5 fois plus élevées que celles associées à un entrepÃŽt de produits courant (rubrique 1510)" ; ? "Les besoins de désenfumage des entrepÃŽts stockant des batteries LMP pourraient être supérieures à ceux préconisés dans la rubrique ICPE1510." Le BEA-RI précise que ces résultats ont été obtenus à partir de dimensions de stockage fictives et n'ont d'autres buts que d'apporter des éléments de comparaison sur la base de configurations de stockages connues et rencontrées dans le domaine de la logistique. Ces résultats permettent d'illustrer à travers un exemple, dans quelle proportion un simple changement de nature de produits stockées peut avoir un impact sur les zones d'effet d'un incendie (y compris pour du stockage Li-ion). Les enseignements tirés des modélisations (tenue des murs, zone d'effet) ne sont pas transposables en tant que tel sur le site de l'accident dans la mesure où les hypothÚses prises pour la modélisation diffÚrent notablement de la configuration connue à Rouen. On relÚve toutefois que des éléments sont en partie vérifiés sur le mur d'enceinte de l'entrepÃŽt qui présente en façade ouest les dégâts les plus marqués, dans une zone où la quantité de modules stockés dans les racks était la plus importante (Cf. Photographie 40). Les dégradations les plus importantes sur les poutres sont constatées à l'aplomb de la zone de stockage des modules (elle correspond également à la zone où les racks ont entiÚrement fondu et représentée en rouge sur la photographie 11 page 23). On peut noter que le mur intercellules 1-2 le long duquel des modules étaient également stockés n'a pas subi les mêmes dégâts. Une des explications peut être le fait que les quantités étaient moins importantes que le long du mur de façade. Elle s'explique aussi par une meilleure tenue structurelle assurée par les poutres de la cellule 2 et les murs des façades nord et sud (poutres et murs qui étaient exposés à des intensités d'incendie moindres). Le BEA-RI précise également qu'il n'a pas mené d'expertise spécifique pour vérifier la conformité des murs aux normes usuellement utilisées (rÚgles APSAD, NFPA ou DTU par exemple) pour les concevoir. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 58 | 62 Photographie 40 : Vue de la cellule 1 et en superposition une représentation de la densité de stockage des batteries sur les différentes travées de racks. Plus la couleur est rouge plus il y a de modules dans les racks. On aperçoit la destruction partielle du mur en façade ouest à un endroit ou la quantité de batteries est importante. VIII. Recommandations de sécurité VIII.1 À destination du fabricant des batteries LMP ? Conduire une réflexion sur le conditionnement des modules au transport pour identifier, le cas échéant, des dispositifs techniques qui permettraient de ralentir la propagation de l'emballement thermique au sein d?une caisse de transport et/ou de stockage. ? Étudier l'effet du taux de charge sur les modules en termes de sensibilité à l'emballement thermique ou de comportement dans un incendie généralisé. ? Poursuivre la recherche sur la mise au point d'un systÚme d'extinction automatique adapté au mode de stockage retenu qui soit efficace pour stopper la propagation de l'incendie (Les résultats obtenus sur les essais avec sprinklage laissant entrevoir des possibilités de maîtrise de la propagation). ? Conduire une réflexion sur la sécurité du stockage de ses propres batteries. Cette réflexion devra aboutir à des préconisations en matiÚre de quantités maximales stockables par cellule compte- tenu des distances d'effets générées, de distances d'exclusion vis-à-vis des murs coupe-feu, Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 59 | 62 d'îlotages et de hauteurs de stockage, de dimensionnement de la détection incendie du systÚme d'extinction automatique et du désenfumage. ? Compléter la fiche de données de sécurité pour préciser le caractÚre hydroréactif des résidus de combustion et la production de phosphine en présence d'eau. ? Établir et diffuser auprÚs des utilisateurs et des services de secours publics un protocole d'intervention en cas de départ d'emballement thermique sur un module pour prévenir le risque de propagation, gérer la phase d'extinction (avec en particulier la question des émissions de phosphine) et maîtriser les risques liés à l'élimination des résidus. ? Définir une procédure de gestion des modules qui ont été choqués ou endommagés en tenant compte du risque d'emballement thermique différé dans le temps. VIII.2 À destination de l'exploitant de l'entrepÃŽt ? Améliorer son organisation en cas de crise pour assurer ses obligations en matiÚre d'information des tiers et de collaboration avec les services de secours, notamment en leur fournissant toutes les informations pertinentes (nature des produits dangereux, plans des installations, présence et fonctionnement des moyens de lutte et de protection contre l'incendie etc.). ? Réévaluer périodiquement la pertinence des moyens d?intervention en cas de sinistre en fonction de la dangerosité des matiÚres stockées. VIII.3 À destination de l'autorité réglementaire ? Dans un contexte d'électrification des usages et des mobilités, faire évoluer la réglementation pour mieux encadrer l?implantation, les dispositions constructives, l?exploitation et la gestion en cas d'accident des sites de stockage des batteries neuves ou usagées, en fonction des typologies de batteries, compte-tenu notamment des enseignements techniques tirés de la présente enquête. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 60 | 62 IX. Annexes Annexe 1 Rapport d'appui technique de l?INERIS à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société Highway Logistics France sur son site de Grand-Couronne (76) (ref. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2024) ..................................................................................... 61 Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 61 | 62 Annexe 1 Rapport d'appui technique de l?INERIS à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société Highway France Logistics 8 sur son site de Grand-Couronne (76) (ref. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2024) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 25/03/2025 Appui technique de l?Ineris à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société highway Logistic France sur son site de Grand-Couronne (76) BEA-RI Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 2 sur 200 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 aprÚs 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 maniÚre objective. L?utilisation du document sous forme d'extraits ou de notes de synthÚse s?effectuera également sous la seule et entiÚre 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 Incendie, Dispersion, Explosion Rédaction : BORDES ARNAUD ? LEROY GUILLAUME ? CLAUDE THEO ? BINOTTO GHISLAIN Vérification : MARLAIR GUY; LECOCQ AMANDINE; GAYA CAROLINE; DELBAERE THIERRY; LESAGE JEROME; CHAUMETTE SYLVAIN; CLAUDE THEO; QUERON JESSICA; BINOTTO GHISLAIN; FRABOULET ISALINE; PAPIN ARNAUD; RABETTE CLEMENT, TRUCHOT BENJAMIN Approbation : Document approuvé le 25/03/2025 par BOUET REMY Liste des autres personnes ayant participé à l?étude : BERTHAUD MAXIME, ENGLER JEROME, CHESNAYE ALEXANDRA, LE LORE PIERRE-ALEXANDRE, CORRADO ANTHONY, OLLIER YANNICK, BERTRAND JEAN-PIERRE, DURUSSEL THIERRY, MANIA STEPHANE, BERTHELOT BRICE, KAROSKI NICOLAS, FUVEL VINCENT, EL MASRI AHMAD Remerciements : BLUE SOLUTIONS pour la fourniture des modules et EC . CARLIER DANY (ICMCB) pour l?analyse RMN, Mössbauer et l?interprétation des analyses de résidus ; KONATE ADAMA (UTC) pour l?analyse DRX Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 3 sur 200 Table des matiÚres 1 Introduction ............................................................................................................................... 13 1.1 Déontologie ....................................................................................................................... 13 1.2 Contexte et objectifs .......................................................................................................... 13 1.3 Structure du rapport ........................................................................................................... 14 1.4 Description d?un module LMP ............................................................................................ 14 1.4.1 Electrochimie ................................................................................................................. 14 1.4.2 Intégration en module .................................................................................................... 15 1.4.3 Protocoles et méthodes expérimentales ......................................................................... 17 2 Choc/chute ................................................................................................................................ 19 2.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 19 2.2 Résultats axe Y ................................................................................................................. 20 2.3 Résultats axe Z .................................................................................................................. 27 2.4 Discussions (extrapolation à une chute, ?)........................................................................ 35 3 Défaut interne ........................................................................................................................... 37 3.1 Essai clou .......................................................................................................................... 37 3.1.1 Objectif et description du protocole d?essai ..................................................................... 37 3.1.2 Résultats ....................................................................................................................... 39 4 Autres hypothÚses non testées .................................................................................................. 42 5 Conclusions de la recherche des causes probables ................................................................... 43 6 Essai de chauffe localisée ......................................................................................................... 45 6.1 Objectif .............................................................................................................................. 45 6.2 Essai sur module ............................................................................................................... 45 6.2.1 Instrumentation et protocole d?essai ............................................................................... 45 6.2.2 Phase de chauffe avec les pads chauffants localisés ..................................................... 49 6.2.3 Pads chauffants mica ..................................................................................................... 49 6.3 Essai sur EC ...................................................................................................................... 56 6.3.1 Instrumentation et protocole d?essai ............................................................................... 56 6.3.2 Résultats ....................................................................................................................... 57 7 Comportement d?un module LMP exposé à un flux calibré (essai feu sur module) ...................... 60 7.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 60 7.2 Résultats ........................................................................................................................... 62 7.2.1 Observations ................................................................................................................. 62 7.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 65 7.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 70 7.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 71 8 Comportement d?une caisse de modules LMP prise dans un incendie (essai feu sur caisse)...... 71 8.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 71 8.2 Résultats ........................................................................................................................... 73 8.2.1 Observations ................................................................................................................. 73 8.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 76 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 4 sur 200 8.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 83 8.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 83 9 Propagation de l?emballement thermique d?un module au sein d?une caisse (essai de propagation sur caisse) ........................................................................................................................................ 84 9.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 84 9.2 Résultats ........................................................................................................................... 86 9.2.1 Observations ................................................................................................................. 86 9.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 89 9.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 94 9.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 94 10 Influence du sprinklage sur l?incendie ........................................................................................ 95 10.1 Influence du sprinklage : essai de propagation caisse ........................................................ 97 10.1.1 .Observations ................................................................................................................ 97 10.1.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie .................................................................... 100 10.1.3 SynthÚse ..................................................................................................................... 106 10.2 Influence du sprinklage sur l?incendie : essai feu englobant sur caisse ............................. 107 10.2.1 Observations ............................................................................................................... 107 10.2.2 Caractéristiques de l?incendie....................................................................................... 110 10.2.3 SynthÚse ..................................................................................................................... 116 10.3 Conclusions sur le sprinklage........................................................................................... 117 11 Analyse des effluents gaz, particules et eaux d?extinction ........................................................ 119 11.1 Méthodes ........................................................................................................................ 119 11.2 Emissions gazeuses ........................................................................................................ 121 11.2.1 Essai flux radiant sur module ....................................................................................... 121 11.2.2 Essai feu sur caisse (7 modules) .................................................................................. 125 11.2.3 Influence du sprinklage sur les émissions gazeuses : essai feu + sprinklage sur caisse 128 11.3 Emissions particulaires .................................................................................................... 134 11.3.1 Particules dans les fumées .......................................................................................... 134 11.3.2 Suies projetées à proximité de l?échantillon (gaine d?extraction, parois et sol) ............... 141 11.4 Analyse des eaux d?extinction .......................................................................................... 150 12 Discussion............................................................................................................................... 153 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion .................................................................... 153 12.2 Scénario d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP ................................................. 155 12.2.1 Comparaison avec un feu de caisse « standard » (1510) et d?un feu de batteries Li-ion tel que discuté pour Flumilog........................................................................................................ 155 12.2.2 Evaluation des distances d?effets thermiques pour un incendie d?entrepÃŽt .................... 157 12.2.3 Analyse de la tenue des murs REI120 .......................................................................... 159 12.2.4 Analyse du besoin en désenfumage ............................................................................. 161 12.2.5 Evaluation des effets toxiques aigÃŒes pour un incendie d?entrepÃŽt................................ 161 12.3 SynthÚse des particularités d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP ..................... 162 13 Observations préliminaires ...................................................................................................... 164 14 Réactivité des résidus ............................................................................................................. 166 14.1 PrélÚvement .................................................................................................................... 166 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 5 sur 200 14.2 Evaluation préliminaire de la réactivité des résidus prélevés ............................................ 166 14.3 Epreuve N.5 : Méthode d?épreuve pour les matiÚres qui, au contact de l?eau, dégagent des gaz inflammables (ONU) ............................................................................................................. 168 14.3.1 Phase 1 ....................................................................................................................... 168 14.3.2 Phase 2 ....................................................................................................................... 169 14.3.3 Phase 3 ....................................................................................................................... 170 14.3.4 Phase 4 ....................................................................................................................... 171 14.4 Analyse des gaz de réaction générés lors de l?ajout d?eau sur l?échantillon ....................... 173 14.5 Risques liés à l?émission de phosphine ............................................................................ 174 14.6 Conclusions sur la réactivité des résidus .......................................................................... 175 15 Caractérisation des résidus ..................................................................................................... 176 16 Mécanismes réactionnels susceptibles de former de la phosphine ........................................... 182 17 Conclusion générale ................................................................................................................ 183 18 Annexes .................................................................................................................................. 187 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 6 sur 200 Résumé Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand- Couronne (76), qui abritait, selon l?exploitant plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal Polymer (LMP). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête. Devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, le BEA-RI a souhaité mobiliser l?Ineris (via une lettre de saisine datant du 22 mai 2024) pour évaluer le rÃŽle qu'auraient joué les modules batteries dans l'occurrence et le développement de l'incendie. L?Ineris a mis en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les causes et effets de la réaction de ces batteries. Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. De maniÚre générale, les essais menés ont permis d?appréhender le comportement des batteries LMP produites par Blue Solutions en situation abusive. Au sujet des mode de défaillance, il ressort notamment que : - Une chute ou un impact d?un module batterie stocké à température ambiante peut être à l?origine d?un emballement thermique. Une chauffe localisée visant à reproduire les effets d?un court-circuit interne amÚne également à une forte réactivité. Vis-à-vis des mécanismes de propagation de l?incendie, il ressort notamment que : - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module entre en réaction violente. - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; - Des températures trÚs élevées sont observées (1615 °C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement thermique et donc la propagation, peut affecter la tenue des structures métalliques ou en béton ; - Des coulées de métaux/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol. - Les paramÚtres de combustion ont pu être déterminés et comparés aux batteries de technologies Li-ion. Une différence sensible sur le débit calorifique (facteur 2 à 5) est observée à l?échelle module, expliquée à la fois par les propriétés intrinsÚques de la technologie et par les choix d?ingénierie faits par Blue Solutions (absence de séparation physique entre les éléments du module d?énergie 7 kWh). Au sujet de la dangerosité des substances émises, il ressort notamment que : - Lors de la combustion des modules, des émissions de gaz importantes sont observées. Le mélange gazeux est en trÚs large majorité composé de CO2, issu de la combustion intense. Comme autres produits de combustion, du CO est mesuré (en quantité 30 fois inférieure) et du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. D?autres gaz et COV plus spécifiques sont détectés, on pourra citer notamment le méthane (CH4), le fluorure d?hydrogÚne (HF), le dihydrogÚne (H2), le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que des traces de benzÚne (C6H6), de propane (C3H8) et parfois de chlorure d?hydrogÚne (HCl). Parmi ces gaz, on peut noter la présence de gaz toxiques comme CO, HF et SO2. - Le mélange gazeux n?est pas inflammable. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 7 sur 200 Au sujet de l?extinction par aspersion d?eau, il ressort notamment que : - Une extinction à eau, semble recommandable sur ce type de feu. S?il est clair qu?elle ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, elle peut permettre, dans certaines conditions de limiter la propagation de l?incendie. Aussi, une fois la phase intense de l?incendie terminée, il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables. Il est d?ailleurs recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées. - L?aspersion d?eau modifie sensiblement le mélange gazeux. En effet, si celui-ci reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz toxiques ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) également toxique a été détectée dans ces conditions. Vis à vis de la protection des intervenants jusque dans les derniÚres heures de l?extinction, il ressort notamment que : - Dans les derniÚres heures de l?extinction, les résidus de combustion sont réactifs et à même d?émettre des substances toxiques. Cela a des conséquences sur la protection des intervenants dans les derniÚres heures de l?extinction. L?analyse des résidus de combustion montre qu?ils sont hydroréactifs. Au contact de l?eau, ils produisent des émissions de chaleur et de gaz toxique/inflammable/pyrophorique tels que l?acétylÚne, la phosphine et du dihydrogÚne. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 8 sur 200 Table des figures Figure 1 : Représentation schématique de l?assemblage d?une couche de cellule LMP Blue Solutions. Source site web Blue Solutions ......................................................................................................... 15 Figure 2: Schéma simplifié (vue en coupe) de l'intérieur d'un module ................................................ 15 Figure 3 : Dimensions d?un module LMP IT, communiquées par Blue Solutions................................. 16 Figure 4 : Photographie des 6 faces d?un module LMP IT3 ................................................................ 16 Figure 5 : Axes d?écrasement des modules ....................................................................................... 19 Figure 6 : Implantation des thermocouples et des fluxmÚtres pour les essais d'écrasement ............... 20 Figure 7 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement axe Y. ................................................. 24 Figure 8 : Données enregistrées durant la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y....................... 25 Figure 9 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai et de la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y. ......................................................................................................................... 26 Figure 10 : Photographies aprÚs essai (écrasement axe Y) ............................................................... 27 Figure 11 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement sur l?axe Z ......................................... 32 Figure 12 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai d?écrasement axe Z. .............. 33 Figure 13 : Température maximale enregistrée par la caméra thermique au niveau des EC. ............. 34 Figure 14 : Photo aprÚs essai ............................................................................................................ 34 Figure 15 : Extrapolation des résultats d?écrasement quasi statique à des énergies........................... 35 Figure 16 : Variation de l?énergie en fonction de la hauteur de chute pour des masses de 40 et 280 kg ......................................................................................................................................................... 36 Figure 17 : Schémas de principe de l?assemblage d?EC testé lors de l?essai clou ............................... 37 Figure 18 : Photographies de l?assemblage d?EC et du spécimen en position de test ......................... 38 Figure 19 : Etapes du percement au clou .......................................................................................... 38 Figure 20 : position des thermocouples lors de l'essai clou ................................................................ 39 Figure 21 : Données enregistrées lors de l?essai de pénétration au clou ............................................ 40 Figure 22 : Enregistrements des températures ; ensemble des thermocouples .................................. 41 Figure 23 : Extraits de la vidéo enregistrée lors de l'essai de pénétration au clou............................... 41 Figure 24 : Extrait de la vidéo IR enregistrée lors de l?essai de pénétration au clou ............................ 42 Figure 25 : Implantation des pad chauffants ...................................................................................... 46 Figure 26 : Positionnement des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée ............................... 46 Figure 27 : Disposition des fluxmÚtres lors de l?essai chauffe rapide localisée sur module ................. 48 Figure 28 : Photos du module avant essai ......................................................................................... 48 Figure 29 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants localisés ............................................................................................................................................ 49 Figure 30 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants en mica ............................................................................................................................................. 50 Figure 31 : Extraits de la vidéo de l?essai de surchauffe par pad module............................................ 51 Figure 32 : Extraits de la vidéo thermique lors de l?essai de surchauffe par pad chauffant .................. 52 Figure 33 : Enregistrements des températures de peau du module lors de l?essai de surchauffe par pad. Saturation des TCK à 1200°C ................................................................................................... 53 Figure 34 : Température enregistrée par le pyromÚtre en un point au milieu de la face supérieure du module. Saturation de l?instrument à 1600°C ..................................................................................... 54 Figure 35 : Tension du module lors de l?essai surchauffe par pad ...................................................... 54 Figure 36 : Valeurs de flux thermiques rayonnés enregistrés lors de l'essai surchauffe par pad module ......................................................................................................................................................... 55 Figure 37 : Photographie aprÚs essai ................................................................................................ 56 Figure 38 : Positionnement du pad chauffant et des thermocouples pour l?essai sur EC .................... 56 Figure 39 : Montage expérimental de l?essai chauffe rapide localisée sur EC ..................................... 57 Figure 40 : Extraits vidéo de la premiÚre chauffe n?ayant pas provoqué d?emballement thermique ..... 57 Figure 41 : Données enregistrées lors de l?essai de chauffe externe rapide sur EC............................ 58 Figure 42 : Extraits vidéo de la seconde chauffe aprÚs remplacement du pad chauffant .................... 59 Figure 43 : Photographies du moyen d?essai ..................................................................................... 60 Figure 44 : ParamÚtres mesurés (températures, flux à l?intérieur de la virole) lors d?un essai à blanc . 61 Figure 45 : Implantation des thermocouples ...................................................................................... 61 Figure 46 : Montage expérimental de l?essai flux radiatif .................................................................... 62 Figure 47 : Extraits de la vidéo de l?essai flux thermique .................................................................... 63 Figure 48 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai flux radiatif ............................. 64 Figure 49 : Photographies du montage aprÚs l?essai de flux radiatif ................................................... 65 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 9 sur 200 Figure 50 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif .......................................... 65 Figure 51 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif (sélection de thermocouples) ......................................................................................................................................................... 66 Figure 52 : Enregistrements de la température effectuée par le pyromÚtre au centre de la face supérieure (proche des bornes)......................................................................................................... 67 Figure 53 : Enregistrements de la tension du module lors de l?essai flux radiatif................................. 67 Figure 54 : Enregistrements des flux thermiques ............................................................................... 68 Figure 55 : Débit calorifique (HRR) calculé par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif........................ 69 Figure 56 : Chaleur de combustion calculée par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif...................... 70 Figure 57 : Montage expérimental de l?essai feu caisse ..................................................................... 72 Figure 58 : Agencement des 7 modules dans la caisse ..................................................................... 72 Figure 59 : Disposition des thermocouples et des fluxmÚtres ............................................................. 73 Figure 60 : Captures d?écran de la caméra infrarouge lors de l?essai feu caisse ................................. 74 Figure 61 : Captures d?écran de la vidéo lors de l?essai feu caisse..................................................... 75 Figure 62 : Photos prises aprÚs l?essai feu caisse.............................................................................. 76 Figure 63 : Données enregistrées lors de l'essai feu caisse ............................................................... 77 Figure 64 : Enregistrements de températures lors de l?essai feu caisse ............................................. 77 Figure 65 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique ...................... 78 Figure 66 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules 79 Figure 67 : Flux radiatifs enregistrés par les fluxmÚtres lors de l?essai feu caisse. .............................. 80 Figure 68 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu sur caisse ........ 81 Figure 69 : Perte de masse et débit massique lors de l?essai feu caisse. ........................................... 82 Figure 70 : Disposition des modules dans les caisses. ...................................................................... 84 Figure 71 : Montage expérimental de l?essai propagation caisse ....................................................... 85 Figure 72 : Positionnement des thermocouples et des fluxmÚtres lors de l?essai propagation caisse .. 85 Figure 73 : Captures d?écran de la vidéo infrarouge lors de l?essai propagation caisse. Attention, ne pas tenir compte des températures relevées (effet écran de la protection) ............................................... 87 Figure 74 : Captures d?écran des caméras lors de l?essai de propagation caisse ............................... 88 Figure 75 : Photos aprÚs l?essai de propagation caisse ..................................................................... 89 Figure 76 : Données enregistrées lors de l?essai propagation caisse ................................................. 90 Figure 77 : Flux thermiques enregistrés lors de l?essai de propagation sur caisse .............................. 91 Figure 78 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse 92 Figure 79 : Evolution de la masse au cours de l?essai ........................................................................ 93 Figure 80 : Implantation des thermocouples pour l?essai propagation caisse avec sprinklage ............ 95 Figure 81 : Photos des montages « propagation caisse » et « feu caisse » pour les essais avec sprinklage. ........................................................................................................................................ 96 Figure 82 : Schémas et photo du dispositif d?extinction ...................................................................... 97 Figure 83 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ............ 98 Figure 84 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ......................................................................................................................................................... 99 Figure 85 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage........... 101 Figure 86 : Températures enregistrées par le thermocouple « sprinkler » (positionné à 5 m de haut) et par le thermocouple « bac feu » (positionné à 5 cm du bac feu, sous les caisses de modules) ........ 102 Figure 87 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas). Les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra. . 103 Figure 88 : Enregistrements des tensions lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ................ 104 Figure 89 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ........................ 104 Figure 90 : Débit calorifique (calculé par OC) et débit d?eau appliqué lors de l?essai propagation caisse + sprinklage .................................................................................................................................... 105 Figure 91 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse + sprinklage ....................................................................................................................................... 106 Figure 92 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai feu caisse + sprinklage........ 108 Figure 93 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai feu caisse + sprinklage ........................ 109 Figure 94 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage........... 110 Figure 95 : Températures enregistrées par les thermocouples positionnés sous chacun des modules lors de l?essai feu caisse + sprinklage et Tensions enregistrées. ...................................................... 111 Figure 96 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas) ............................................................................... 112 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 10 sur 200 Figure 97 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules ....................................................................................................................................................... 113 Figure 98 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai feu caisse + sprinklage ..................................... 114 Figure 99 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 115 Figure 100 : Schéma de principe de l?analyse de gaz/particules ...................................................... 119 Figure 101 : Support de prélÚvement des particules à proximité de l?échantillon .............................. 121 Figure 102 : Réceptacles de collecte des eaux d?extinction ............................................................. 121 Figure 103 : Débit massique CO2 essai de flux radiatif module ........................................................ 123 Figure 104 : Débit massique CO essai de flux radiatif module ......................................................... 124 Figure 105 : Débit massique CH4 essai de flux radiatif module ........................................................ 124 Figure 106 : Débit massique H2 essai de flux radiatif module ........................................................... 125 Figure 107 : Débit massique HF essai de flux radiatif module .......................................................... 125 Figure 108 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse ............................................................................................................................................. 128 Figure 109 : Concentration volumique en H2O théorique et mesurée dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage.................................................................................................................... 131 Figure 110 : Concentration volumique en CO2 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 132 Figure 111 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ......................................................................................................................... 133 Figure 112 : Concentration volumique en PH3 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 134 Figure 113 : DiamÚtre médian et flux de particule mesuré par ELPI + (facteurs de dilution du diluteur et de la gaine pris en compte) ............................................................................................................. 135 Figure 114 : Distribution granulométrique des particules lors de l?essai flux radiant sur module mesuré par ELPI + ...................................................................................................................................... 135 Figure 115 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 20 et 40 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module ......................................................... 136 Figure 116 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 40 et 50 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module ......................................................... 136 Figure 117 : Analyse par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) lors de l?essai de flux radiant sur module .......................................................................................................................... 137 Figure 118 : DiamÚtre médian et flux de particules mesuré par ELPI + lors de l?essai feu caisse...... 139 Figure 119 : Distribution granulométrique des particules mesurées par ELPI+ lors de l?essai feu caisse ....................................................................................................................................................... 139 Figure 120 : Observation MET des prélÚvements effectués lors de l?essai feu caisse. PrélÚvement effectué en 10 s, 3 min aprÚs le début de réaction. .......................................................................... 140 Figure 121 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai flux radiant module ......................................................................... 142 Figure 122 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai flux radiatif module. ........................................................................................................................................... 142 Figure 123 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai flux radiant module ......................... 143 Figure 124 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse ....................................................................................... 144 Figure 125 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai feu caisse. ....................................................................................................................................................... 145 Figure 126 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse ....................................... 145 Figure 127 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse + sprinklage ................................................................... 147 Figure 128 : Analyse des PCB et PCDD/F lors de l?essai feu caisse + sprinklage ............................ 147 Figure 129 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse + sprinklage ................... 148 Figure 130 : Analyse des PCDD/F and PCB dans les eaux d?extinction ........................................... 151 Figure 131 : Débit calorifique libéré par type de cellule et format ..................................................... 154 Figure 132 : Comparaison entre le débit calorifique émis par une palette 1510 et celui émis par une caisse de 7 modules LMP ............................................................................................................... 156 Figure 133 : Débit calorifique émis par une palette de modules LMP ............................................... 157 Figure 134 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog ? à gauche, pour un stockage 1510, à droite pour un stockage de modules LMP ..................................................................................... 158 Figure 135 : Puissance calculée pour les 2 cas traités ..................................................................... 159 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 11 sur 200 Figure 136 : Courbe ISO834] .......................................................................................................... 160 Figure 137 : Comparaison entre la courbe ISO834 et la température d?agression issue de l?incendie de caisses de modules LMP ................................................................................................................ 161 Figure 138 : Photographies des résidus d?essais ............................................................................. 164 Figure 139 : Extraits vidéo où l?inflammation de résidu au contact du sol humide est visible............. 164 Figure 140 : Analyse du ciel gazeux d?un fût contenant des résidus de combustion de l?essai pad sur module............................................................................................................................................ 165 Figure 141 : Cliché photographique du prélÚvement d?échantillon issu de résidus de combustion de batterie, produits à la suite d?un essai abusif ................................................................................... 166 Figure 142 : Clichés photographiques de l?échantillon (immédiatement aprÚs le prélÚvement) placé dans un bécher (a), lors d?ajout d?eau (b) et bullage/formation de mousse (c) .......................................... 167 Figure 143 : Clichés photographiques du comportement de l?échantillon humidifié soumis à une action/contrainte mécanique............................................................................................................ 167 Figure 144 : Clichés photographiques du prélÚvement d?échantillon de résidus de combustion de batteries et fragments produits à la suite du concassage au burin en boîte à gants pour s?approcher des quantités requises pour les diverses phases de l?épreuve N.5 ......................................................... 168 Figure 145 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 1 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 169 Figure 146 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 2 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 170 Figure 147 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 170 Figure 148 : Clichés photographiques de la tentative d?inflammation au brûleur à gaz des gaz générés lors de l?ajout de quelques gouttes d?eau sur l?échantillon soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 ...... 171 Figure 149 : Cliché photographique illustrant un exemple d?échantillon soumis à la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques ........................................................................................... 172 Figure 150 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques pour l?échantillon « Tel Quel » ? Essai 2 ................................... 173 Figure 151 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec le débitmÚtre automatique pour l?échantillon « Tel Quel » - Essai 3 ......................................... 173 Figure 152 : Vue latérale du panache toxique résultant de l?émission de phosphine, effets irréversibles et premiers effets létaux. ................................................................................................................. 174 Figure 153 : Seuils de toxicité et de perception de la phosphine ...................................................... 175 Figure 154 : Photographies des résidus prélevés pour analyse ....................................................... 176 Figure 155 : Analyse DRX des résidus d?un essai compression statique. L?analyse porte sur des résidus plutÃŽt rougeâtres et le transfert et l?analyse ont été réalisés sous air (poudre oxydée) ..................... 177 Figure 156 : Analyse DRX des résidus de l?essai feu caisse. L?analyse porte sur un ensemble hétérogÚne de résidus et le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air (protégé par du Kapton) ...................................................................................................................................... 179 Figure 157 : Analyse RMN d?un ensemble hétérogÚne de résidus sur le 31P et le 7Li. Le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air .............................................................................. 180 Figure 158 : spectroscopies Mössbauer des résidus d?essais .......................................................... 181 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 12 sur 200 Glossaire BEA-RI Bureau d'Enquêtes et d'Analyses - Risques Industriels CDG Carbon Dioxyde Generation (génération de dioxyde de carbone en français) COV Composés Organiques Volatils DEC/EC Diethyl Carbonate / Ethyl Carbonate DRX Diffraction à Rayons X EC Electrochemical Cell (vocabulaire Blue Solutions) ELPI Impacteur basse pression à détection électrique FTIR Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier GC-MS Gaz Chromatographie ? Spectroscopie de Masse GMD Geometric Mean Diameter (diamÚtre moyen géométrique en français) GTR-EVS Global Technical Regulation ? Electric Vehicle Safety HAP Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques HRR Heat Release Rate (débit calorifique en français) ICMCB Institut de Chimie de la MatiÚre Condensée de Bordeaux INERIS Institut National de l?Environnement Industriel et des Risques IR Infra-Rouge LFP LMP Lithium Fer Phosphate Lithium Métal PolymÚre MET Microscope électronique à transmission MPS Mini Particle Sampler NMC Nickel ManganÚse Cobalt OC Oxygen Consumption (consommation d?oxygÚne en Français) OMS Organisation Mondiale de la Santé ONU Organisation des Nations Unies PCB Polychlorobiphényles PCDD/F Polychloro-dibenzodioxines / Polychloro-dibenzofurannes PTFE PolytétrafluoroéthylÚne REI Acronyme utilisé pour indiquer la résistance au feu d'un élément de construction RMN Résonance Magnétique Nucléaire EDX Energy Dispersive X-ray ou spectroscopie X à dispersion d'énergie POE Poly(oxyéthylÚne) SDIS Service Départemental d?Incendie et de Secours SOC State of Charge (état de charge en français) TC ou TCK Thermocouple ou Thermocouple de type K THR Total Heat Release (chaleur totale dégagée en français) UTC Université Technologique de CompiÚgne Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 13 sur 200 1 Introduction 1.1 Déontologie L?expertise décrite dans le présent rapport a consisté à évaluer les propriétés des batteries Lithium Métal PolymÚre (LMP) de la société Blue Solutions placées en situation abusives. Par le passé, l?Ineris n?a jamais réalisé d?études pour le compte de Blue Solutions. L?Ineris a réalisé, pour d?autres sociétés, des études sur des installations fixes ou mobiles intégrant des batteries Blue Solutions en prenant en compte, sans les remettre en cause, les hypothÚses fournies par Blue Solutions. 1.2 Contexte et objectifs Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand- Couronne (76), propriété de la société SAS HIGHWAY FRANCE LOGISTICS 8. Le feu s?est déclenché vers 16h30 dans la cellule 1 de 6000 mÚtres carrés de l?entrepÃŽt, louée et opérée par la société BOLLORE LOGISTICS, qui abritait, selon l?exploitant, des piÚces automobiles, incluant plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal PolymÚre (LMP) Des effets ont été observés à l?extérieur de l?entrepÃŽt logistique (flammes, fumées, ?) nécessitant l?intervention des pompiers (SDIS de la seine maritime). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête. Devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, le BEA-RI a souhaité mobiliser l?Ineris (via une lettre de saisine datant du 22 mai 2024 et présentée en annexe 1) pour évaluer le rÃŽle qu'auraient joué les modules batteries dans l'occurrence et le développement de l'incendie. En pratique, il a été demandé à l'INERIS de réaliser des essais sur des modules ou sur des cellules électrochimiques en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ; ? D'étudier les mécanismes de propagations de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. ? D'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisé dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage); ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés ; ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. L?Ineris, en accord avec le BEA-RI a mis en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les causes et effets de la réaction de ces batteries. Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 14 sur 200 1.3 Structure du rapport Pour répondre aux questions posées, le rapport est constitué de 3 grandes parties. La premiÚre vise à la détermination des causes possibles de l?emballement thermique d?un module stocké. Elle comprend des essais d?abus mécanique et thermique afin d?évaluer les possibilités de réaction d?un module. La seconde vise à comprendre les caractéristiques d?un incendie d?un module et d?une caisse de module LMP. Elle comprend des essais d?exposition au feu d?échantillons allant jusqu?à des caisses de modules et inclue l?étude de l?influence de l?extinction. La troisiÚme et derniÚre partie traite de l?instabilité des résidus aprÚs essai afin d?évaluer les risques dans les derniÚres heures de l?extinction. 1.4 Description d?un module LMP Ce rapport vise à mieux appréhender les causes et effets de la réaction de type LMP produites par Blue Solutions. Peu de données existent dans la littérature puisque la technologie de batterie actuellement dominante est la technologie Li-ion, pour laquelle de nombreuses études existent. Dans notre étude, des modules LMP de modÚle IT3 produits par Blue Solutions, correspondant à ceux stockés à Grand- Couronne ont été testés. Il faut bien souligner que certaines des conclusions tirées sont généralisables à la technologie LMP (systÚme Lim/POE/LFP) tandis que d?autres sont le résultat de choix d?ingénierie faits par Blue Solutions et donc uniquement valables pour les modules/caisses dont il est question dans ce rapport. Il est ainsi important de bien décrire les modules étudiés. Contrairement à ce qui est généralement réalisé à l?Ineris, les modules ont été testé tels que reçus sans vérification des performances électriques (capacité en charge/décharge), l?accÚs au BMS des modules n?ayant pas été donné dans le cadre de ces travaux. 1.4.1 Electrochimie Les batteries Li-métal produites par Blue Solutions, désignées comme « LMP » pour Lithium Métal PolymÚre se différencient de la plupart des autres technologies de batteries sur le marché par la présence de lithium métal à l?anode. Cette technologie diffÚre notamment de la technologie Li-ion, car elle n?utilise pas d?électrolyte de type organique liquide mais repose sur l?utilisation d?un polymÚre. Le polymÚre utilisé (PEO) est solide à température ambiante et réalisé à base de sels de Li soufrés et fluorés. Ces éléments différenciant, représentés en Figure 1, font que les modes de fonctionnement et profils de risques de ces deux technologies de batteries lithium (LMP d?un cÃŽté, et lithium-ion de l?autre) sont trÚs différents. La cathode utilisée dans les batteries ici testées est de chimie LFP, comme ce qui peut être trouvé dans la technologie Li-ion. Le motif unitaire Li(m)/PEO/LFP est répété jusqu?à former la plus petite unité désignée par Blue Solutions comme « EC » pour Electrochemical Cell, cette unité comporte des connecteurs (ou tabs) pour permettre la connexion électrique au niveau de l?empilement des motifs unitaire (stack). Ces éléments unitaires de tension autour de 3V et ayant une capacité d?environ 100 Ah ne sont pas enveloppés comme cela est le cas pour la technologie Li-ion et ces EC ne sont donc pas utilisables en l?état dans un systÚme. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 15 sur 200 Figure 1 : Représentation schématique de l?assemblage d?une couche de cellule LMP Blue Solutions. Source site web Blue Solutions 1.4.2 Intégration en module Les EC sont ensuite empilés et connectés en série jusqu?à former un module de 72 V / 7 kWh. En plus de l?électrochimie, un module contient des éléments électronique (carte électronique, bornes, chauffages latéraux, ?) et mécanique (ressort, isolant, ?). Afin d?éviter l?oxydation de l?anode en Li métal, le module est rempli de gaz inerte et fermé de maniÚre hermétique. Un module dispose d?un évent sur la face avant (sous les bornes) afin d?éviter les montées en pression. Il est à noter que l?empilement d?EC est séparé de chacune des faces du module, soit par un espace conséquent, soit par des couches d?isolant électrique (plastique). La Figure 2 présente un schéma simplifié de l?intérieur d?un module. Figure 2: Schéma simplifié (vue en coupe) de l'intérieur d'un module Un module pÚse environ 40 kg dont 6 kg de casing métallique et environ 3,5 kg de Lim (Soit 8,75 % de la masse du module). Ses dimensions sont données en Figure 3. A titre de comparaison, dans une batterie Li-ion de véhicule électrique environ 1 % de la masse est associée au Lithium contenu dans les électrodes. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 16 sur 200 Figure 3 : Dimensions d?un module LMP IT, communiquées par Blue Solutions Une photographie de chacune des faces d?un module est présentée en Figure 4. Figure 4 : Photographie des 6 faces d?un module LMP IT3 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 17 sur 200 1.4.3 Protocoles et méthodes expérimentales Les chapitres suivants sont consacrés en grande partie à des essais abusifs réalisés dans le but de répondre à la saisine du BEA-RI. Les protocoles d?essais ont été développés en impliquant Blue Solution et le BEA-RI lors de leurs mises au point. Blue Solution et le BEA-RI ont assisté à l?ensemble des essais réalisés sur le site de l?Ineris à Verneuil-en-Halatte. Ces essais n?ont pas de visées réglementaires ou d?homologation, ainsi ils ne cherchent pas à reproduire des protocoles normalisés, d?autant plus que les normes couvrant la sécurité des modules de type LMP sont quasi inexistantes ou inadaptées aux besoins de la campagne d?essais. L?ensemble des mesures a cependant été réalisé en suivant les bonnes pratiques du domaine. Plus de détail sur la métrologie, les instruments utilisés, les incertitudes de mesures sont données en Annexe 2. Les protocoles expérimentaux et l?instrumentation mise en place est décrite dans chacune des sous- parties. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 18 sur 200 PARTIE 1 : Détermination des causes possibles de l?emballement thermique d?un module stocké Pour répondre aux questions posées, cette premiÚre vise à déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dit à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique. Elle comprend des essais d?abus mécanique afin d?évaluer les possibilités de réaction d?un module. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 19 sur 200 2 Choc/chute 2.1 Objectif et description du protocole d?essai Cet essai a pour but de déterminer si une déformation mécanique d?un module stocké suite à un choc ou une chute peut être la cause d?un emballement thermique du module. Pour étudier cette hypothÚse, le module a été soumis à un écrasement quasi-statique à une vitesse de 0,5 mm/s sur deux axes (représentés sur la Figure 5). Le module est écrasé à l?aide d?un impacteur hémisphérique de diamÚtre 150 mm. L?écrasement est effectué en plusieurs étapes jusqu?à réaction, 90 % de l?épaisseur de la batterie ou que la limite sécuritaire de la presse soit atteinte (480 kN). Figure 5 : Axes d?écrasement des modules Des thermocouples sont disposés avant essai sur les faces extérieures du module et des fluxmÚtres sont positionnés autour du module. L?implantation des thermocouples et des fluxmÚtres est présentée sur la Figure 6. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 20 sur 200 Figure 6 : Implantation des thermocouples et des fluxmÚtres pour les essais d'écrasement 2.2 Résultats axe Y Le déroulé de l?essai d?écrasement sur l?axe Y est présenté en tableau 1. Les premiers effets mesurables de l?écrasement sont une chute de tension de 3,3 V, observée aprÚs une déformation de 27 mm suivie d?une premiÚre légÚre élévation de température mesurée aprÚs 43 mm d?enfoncement. AprÚs 88 mm d?enfoncement, le casing du module s?ouvre. La tension s?annule aprÚs 100 mm d?enfoncement, cela ne reflÚte pas l?absence de tension mais un arrachage des bornes sur lesquelles est effectuée la mesure. Sur la poursuite de l?écrasement, peu d?effets sont constatés hormis des élévations modérées de températures. Cependant, de par l?architecture du module, l?empilement d?EC n?est pas réellement écrasé mais s?échappe par le haut, poussé par le ressort placé en bas du module. Il est à noter que les thermocouples sont placés sur l?extérieur du casing du module et ne reflÚtent pas les températures des EC. Lors du retrait de la presse, le module chute dans le bac de rétention métallique. 34 minutes aprÚs les premiers effets constatés (chute de tension/élévation légÚre de température) et 6 minutes aprÚs le dernier abus (chute dans le bac) une élévation trÚs importante de la température est observée. 12 secondes aprÚs ces premiers signes avant-coureurs d?emballement thermique, l?ensemble des éléments s?enflamment et une réaction violente se produit pendant environ 3 minutes. L?emballement thermique étant différé par rapport à l?agression, il est difficile de conclure formellement sur l?origine de celui-ci. Plusieurs hypothÚses peuvent être émises : - La déformation a provoqué un court-circuit interne. Les deux premiers signes d?un tel défaut pourraient être la premiÚre chute de tension aprÚs 27 mm d?enfoncement ou le premier échauffement aprÚs 43 mm d?enfoncement ; - L?ouverture du module aprÚs 88 mm d?enfoncement a laissé rentrer de l?air qui a réagi avec le lithium métal et provoqué une réaction exothermique ; - Lors de la chute de l?empilement d?EC, celui-ci vient au contact du bac métallique qui crée un court-circuit inter-EC. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 21 sur 200 Tableau 1 : Chronologie des évÚnements lors de l?essai d?écrasement sur l?axe Y Temps EvÚnement -7 min Début enregistrement vidéo (11h 27 min 02 s) -180s Début enregistrement des données 0 s Début de l?écrasement 53 s PremiÚre chute de tension (-3.3 V) Enfoncement 27 mm 67-70s Chute de tension (-13 V) Chute de la force (120?90 kN) 85 s PremiÚre légÚre élévation de température (TC 2, 3, 4, 8) Enfoncement de 43 mm 20°C sur caméra IR 150 s Maximum de force lors de l?essai atteint (160 kN) 175 s Rupture mécanique du casing du module. LégÚre fumée visible. Enfoncement 88 mm Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 22 sur 200 Temps EvÚnement 194 s Premier arrêt de l?écrasement Enfoncement 97 mm 10 min 48 s Reprise de l?écrasement 10 min 48 s La tension s?annule (probablement causée par l?arrachage des bornes) Enfoncement de 100 mm 11 min 30 s Arrêt de l?écrasement Enfoncement de 120 mm 13 min 48 s Reprise de l?écrasement 14 min 24 s Elévation significative de température (TC 2, 3) 26 °C sur caméra IR 15 min 06 s Arrêt de l?écrasement Enfoncement de 160 mm 22 min 20 s Reprise de l?enfoncement 23 min Elévation significative de la température (TC4, 7, 8) 32 °C sur caméra IR 23 min 20 s Arrêt définitif de l?écrasement Enfoncement max 190 mm (95 %) 25 min Recul de la presse 27 min Maximum local de température (29°C sur TC2) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 23 sur 200 Temps EvÚnement 29 min Chute de la batterie dans le bac de rétention 31 min 30 s Arrêt de l?enregistrement des données 31 min 40 s Début de la surveillance (nouvelle base de temps pour l?enregistrement des données) 32 min Elévation de température (+40°C en 1 min) 33 min Elévation de température (+75°C en 20 sec min) 35 min 12 s Elévation importante de la température 35 min 24 s Réaction violente 35 min 34 s Pic de flux radiatif (23,7 kW/m2 F2) 36 min 10 s Fin du pic d?effet thermique (l?ensemble des flux radiatifs se stabilise à 5 kW/m2) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 24 sur 200 Temps EvÚnement 38 min 10 s Fin de la réaction violente 45 min 10 s Arrêt des flammes Les données enregistrées durant l?essai sur l?axe Y sont présentées en Figure 7 et durant la phase de surveillance en Figure 8 (les base de temps sont différentes). Il est important de rappeler que les thermocouples placés sur le casing ne reflÚtent pas les températures de l?électrochimie (empilement d?EC) du fait de l?éjection de ces derniers. Les images extraites de la caméra thermique présentées en Figure 9 donnent de meilleures informations. Durant la réaction, l?ensemble des thermocouples sont saturés révélant que les températures ont dépassé 1200°C. Un pic de flux radiatif proche de 25 kW/m2 est enregistré à 2,5 m de distance. Figure 7 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement axe Y. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 25 sur 200 Figure 8 : Données enregistrées durant la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y Les images de la caméra thermique permettent de constater une élévation progressive de la température jusqu?à 33°C lors de l?écrasement. Une élévation assez brutale de la température (+75°C en 20 sec) est constatée 2 min avant l?évÚnement. Durant la réaction, la caméra est saturée d?abord à 160°C puis à 660°C due aux limites de la caméra. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 26 sur 200 0 Figure 9 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai et de la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 27 sur 200 Les photos aprÚs essai sont présentées en Figure 10. Elles permettent de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus, rougeâtres sont visibles. Le bac de rétention en acier (température de fusion d?environ 1400 °C) est percé et l?état de dégradation de la caméra placée à plusieurs mÚtres témoigne d?un flux thermique important et de températures extrêmement élevées. Les fluxmÚtres placés à 2,5 m du module ont enregistré un pic à 25 kW/m² ce qui présuppose une émittance de flamme élevée (supérieure à 100 kW/m²). Figure 10 : Photographies aprÚs essai (écrasement axe Y) 2.3 Résultats axe Z Le déroulé de l?essai d?écrasement sur l?axe Z est présenté en tableau 2. Sur cet axe, la compression a lieu sur le même axe que le ressort placé sous le module. Les premiers centimÚtres d?écrasement sont donc consacrés à l?écrasement de ce ressort. Sur cet axe, les EC sont écrasés perpendiculairement à leur surface. Le premier effet mesurable de l?écrasement est une chute de tension de 3,3 V, observée aprÚs une déformation de 34 mm. Une premiÚre légÚre élévation de température est mesurée aprÚs 71 mm d?enfoncement. Cette lente augmentation de température, persiste de maniÚre quasi linéaire jusqu?aux minutes précédant l?emballement thermique. La tension s?annule aprÚs 96 mm d?enfoncement contrairement à l?axe Y, cette tension nulle semble refléter la mise en court-circuit de l?ensemble des EC (pas d?arrachage des bornes à ce stade). AprÚs 102 mm d?enfoncement, le casing du module s?ouvre par la face avant. Sur la poursuite de l?écrasement, peu d?effets sont constatés hormis la poursuite de l?augmentation de température et l?augmentation de l?ouverture du casing. 34 minutes aprÚs l?arrêt de l?écrasement, les températures enregistrées par la caméra thermique deviennent critiques (75°C) et un emballement thermique imminent est pressenti. Pour protéger la presse hydraulique, celle-ci est reculée. 15 secondes plus tard, la température au niveau des EC dépasse 100°C (caméra IR) et aprÚs 15 nouvelles secondes, le module s?enflamme trÚs violemment. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 28 sur 200 L?emballement thermique étant différé par rapport à l?agression (env. 35 min), il est difficile de conclure formellement sur l?origine de celui-ci. Plusieurs hypothÚses peuvent être émises : - La déformation a provoqué un court-circuit interne. Les deux premiers signes d?un tel défaut pourraient être la premiÚre chute de tension aprÚs 34 mm d?enfoncement ou le premier échauffement aprÚs 71 mm d?enfoncement ; - L?ouverture du module aprÚs 102 mm d?enfoncement a laissé rentrer de l?air qui a réagi avec le lithium métal et provoqué une réaction exothermique. Tableau 2 : Chronologie des évÚnements lors de l?essai d?écrasement sur l?axe Z Temps EvÚnement - 5 min 49 s Début enregistrement vidéo (15h 10 min 30 s) -1 min 52 s Début enregistrement IR -137s Début enregistrement des données 0 s Début de l?écrasement Tmax= 13°C 70 s PremiÚre chute de tension (-3.3 V) Enfoncement 34 mm 91 s Maximum de force (476 kN) Enfoncement 45 mm 143 s PremiÚre élévation de température (TC 2, 3, 7, 8) Enfoncement de 71 mm 13°C sur caméra IR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 29 sur 200 Temps EvÚnement 192 s Tension à 0V Enfoncement 96 mm Tmax = 14°C 205 s Rupture mécanique du casing du module. LégÚre fumée visible. Enfoncement 102 mm 356 s Arrêt de l?enfoncement Enfoncement max de 178 mm Tmax= 15°C 40 min Recul de la presse Tmax=21°C 74°C sur caméra IR 2427 s 40 min 30 s Augmentation de température TC 4 : +20°C en 1s 2428 s 40 min 30 s Augmentation de température TC 6 : +100°C en 1s Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 30 sur 200 Temps EvÚnement 2430 s 40 min 30 s Réaction violente 2440 s 40 min 40s Pic de flux radiatif (25 - 30 kW/m2 F1) F2 non considéré car comportement anormal 41 min 30 s Fin du pic d?effet thermique (l?ensemble des flux se stabilise à 5 kW/m2) Du métal en fusion coule et des projections de métal en fusion sont observées 44 min Fin de la réaction violente Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 31 sur 200 Temps EvÚnement 54 min Arrêt des flammes Les données enregistrées durant l?essai sur l?axe Z sont présentées en Figure 11. Il est important de rappeler que les thermocouples placés sur le casing, ne reflÚtent pas forcément les températures de l?électrochimie (empilement d?EC). Les images extraites de la caméra thermique présentées en Figure 12 donnent de meilleures informations. Durant la réaction, l?ensemble des thermocouples sont saturés révélant que les températures ont dépassé 1200°C. Un pic de flux radiatif proche de 25 à 30 kW/m2 est enregistré à 2,5 m du module. Les données enregistrées par le fluxmÚtre 2 ne seront pas retenues car il a un comportement anormal (chute rapide et annulation des valeurs en cours de réaction). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 32 sur 200 Figure 11 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement sur l?axe Z Les images de la caméra thermiques permettent de constater une élévation progressive de la température jusqu?à 33°C lors de l?écrasement. Une élévation assez brutale de la température (+75°C en 20 sec) est constatée 2 min avant l?évÚnement. Durant la réaction, la caméra est saturée d?abord à 160°C puis à 660°C due aux limites de la caméra. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 33 sur 200 Figure 12 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai d?écrasement axe Z. La Figure 13 reprend les températures maximales enregistrées par la caméra thermique au niveau des EC. Elle permet de visualiser l?augmentation linéaire puis exponentielle de la température. L?accélération de l?échauffement est autour de 34 min. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 34 sur 200 Figure 13 : Température maximale enregistrée par la caméra thermique au niveau des EC. La photo aprÚs essai est présentée en Figure 14. Elle permet de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus rougeâtres sont visibles. Figure 14 : Photo aprÚs essai 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 Te m pé ra tu re (° C ) Temps (min) Temp. max caméra IR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 35 sur 200 2.4 Discussions (extrapolation à une chute, ?) Les écrasements quasi-statiques sur les deux axes ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. Dans le contexte d?un entrepÃŽt de stockage, il est plus plausible que l?abus soit dynamique (chute d?une caisse, chute d?un objet sur une caisse, coup de fourche de chariot élévateur). Afin de proposer des ordres de grandeur des énergies nécessaires pour créer une déformation susceptible de créer un emballement thermique, nous pouvons extrapoler les résultats en intégrant les valeurs de force sur le déplacement : E=? ?(?) ??? 0 . Plusieurs hypothÚses sont ensuite prises : - L?objet impactant le module a la même forme et surface que la sphÚre utilisée pour l?enfoncement quasi-statique ; - L?emballement thermique étant différé, nous conserverons l?hypothÚse : un abus permettant de constater une variation de tension ou de température est suffisant pour déclencher l?emballement thermique. Les deux courbes présentées en Figure 15 sont ainsi tracées. On constate que les valeurs sont beaucoup plus grandes sur l?axe Z. Cela s?explique par la plus grande force employée et nécessaire pour compresser le ressort. Au final sur l?axe Z, les énergies nécessaires à provoquer une variation de tension sont de l?ordre de 600 J et de 2200 J pour observer une variation de température. Comme indiqué en Figure 16, cela correspond à une chute d?une masse de 40 kg de 1,5 à 5 m. Dans le cas de l?axe Z, les énergies correspondant aux premiÚres variations de tension et de température sont respectivement 4,7 et 18 kJ. Ces énergies ne sont pas plausibles pour la chute d?un objet de 40 kg mais correspondent à des hauteurs de 1,5 m à 6,5 m pour une masse de 280 kg. Figure 15 : Extrapolation des résultats d?écrasement quasi statique à des énergies Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 36 sur 200 Figure 16 : Variation de l?énergie en fonction de la hauteur de chute pour des masses de 40 et 280 kg Il est à noter que les modules étant placés dans des caisses, celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. Inversement, un impact ou une déformation localisée serait plus pénalisant. Dans le cas des modules testés, la détermination du point de démarrage de l?emballement thermique est plus compliquée que pour du Li-ion car la réaction se produit avec un fort décalage par rapport à l?abus. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 37 sur 200 3 Défaut interne Un défaut interne ne peut être écarté quelle que soit la technologie de batterie (défaut de fabrication, d?assemblage, de conception,?) aussi il est important de quantifier les effets associés à un tel phénomÚne. Le déclenchement d?un défaut interne type court-circuit étant difficile à mettre en oeuvre, il a été sélectionné le percement au clou et la chauffe localisée comme déclencheur représentatif. 3.1 Essai clou 3.1.1 Objectif et description du protocole d?essai Cet essai a pour but de déterminer si un défaut interne, de type court-circuit à l?intérieur d?un EC ou inter-EC, d?un module stocké peut être la cause d?un emballement thermique du module. Pour étudier cette hypothÚse il n?existe pas de protocole défini mais un test au clou peut s?en approcher. Les issues du test peuvent varier selon les paramÚtres de test choisi (matériaux du clou, vitesse de pénétration, taille du clou, ?). Pour les essais de cette campagne, les paramÚtres ont été fixés comme suit : - Clou de 10 mm de diamÚtre en acier, - Vitesse de pénétration : 1 mm/s. La Figure 17 présente un schéma de principe de l?empilement de deux EC tel que préparé par Blue Solutions pour les essais de percement au clou. Chaque EC est placé dans une enveloppe en polymÚre multicouche souple de type « pouch cell » et les bornes de chaque EC sont accessibles. Les EC sont ensuite connectés en série afin de reproduire la configuration à l?intérieur d?un module. Figure 17 : Schémas de principe de l?assemblage d?EC testé lors de l?essai clou La Figure 18 présente les images des EC assemblés dans des films polymÚres multicouches et des ECs montés dans une plaque de maintien métallique en position pour subir la pénétration au clou. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 38 sur 200 Figure 18 : Photographies de l?assemblage d?EC et du spécimen en position de test Le percement est réalisé en plusieurs étapes reprises en Figure 19. - La premiÚre étape consiste à percer sur une profondeur de 0,7 EC (soit 7 mm). Le défaut ainsi simulé est un court-circuit interne à l?EC. A noter que plusieurs motifs élémentaires (anode/séparateur/cathode) sont simultanément percés, ce qui n?est pas le cas lorsqu?un défaut interne à l?EC apparait ; - La seconde étape consiste à percer sur une profondeur de 1,5 EC (soit 15 mm). Le défaut ainsi simulé est un court-circuit inter-EC. A noter qu?ici ce défaut est créé alors que le premier EC est déjà en court-circuit depuis plusieurs minutes ce qui peut affecter les résultats ; - La troisiÚme étape consiste à terminer l?enfoncement pour traverser le systÚme, soit 1,9 EC (19 mm). Figure 19 : Etapes du percement au clou La Figure 20 présente la position des thermocouples lors de l?essai clou. A noter que les thermocouples 8, 9, 10 n?ont finalement pas été instrumentés pour éviter de créer des points de pression sur les EC et d?ajouter une épaisseur inconnue lors du percement du clou. Le thermocouple 16 est placé à l?intérieur du clou à 1,8 cm de la pointe. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 39 sur 200 Figure 20 : position des thermocouples lors de l'essai clou 3.1.2 Résultats La Figure 21 présente un récapitulatif des données enregistrées durant le test. Afin de faciliter la lecture du graphique, seulement une sélection de thermocouples est représentée. Lors de l?enfoncement dans le premier EC, aucune augmentation de température n?est observée. Environ 30 min aprÚs le premier enfoncement, la seconde étape est démarrée (mise en court-circuit des EC) et une augmentation de température d?environ 2°C est observée, principalement au niveau du thermocouple placé dans le clou et au centre de la premiÚre cellule transpercée. Environ 30 min aprÚs cette seconde étape, la troisiÚme et derniÚre étape est lancée. Une augmentation de température d?environ 2°C est constatée, particuliÚrement au niveau des thermocouples placés sur la seconde cellule pénétrée. La Figure 22 détaille plus précisément l?ensemble des températures enregistrées lors de l?essai. L?augmentation de température semble être limitée et pas à même de conduire à un emballement thermique. Au regard des résultats d?essai d?écrasement, pour lesquels l?augmentation de température était limitée avant un emballement soudain, il est difficile de conclure si l?EC est proche ou non d?une zone « critique ». Il faut aussi noter que d?autres paramÚtres, à commencer par la taille du clou, peuvent influer l?issue de ce type de test. Enfin, nous tenons à souligner que les résultats présentés ici ne sont utilisables en aucun cas pour conclure quant au comportement de batteries en fonctionnement (85°C). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 40 sur 200 Figure 21 : Données enregistrées lors de l?essai de pénétration au clou Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 41 sur 200 Figure 22 : Enregistrements des températures ; ensemble des thermocouples La Figure 23 présente les extraits de la vidéo enregistrée. Aucun élément notable n?est visible. De même, les images enregistrées par la caméra IR et présentées en 24 ne montrent aucun échauffement ou évÚnement notable. Figure 23 : Extraits de la vidéo enregistrée lors de l'essai de pénétration au clou Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 42 sur 200 Figure 24 : Extrait de la vidéo IR enregistrée lors de l?essai de pénétration au clou L?introduction d?un clou métallique de diamÚtre 10 mm n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Il faut noter que ces résultats peuvent varier selon les paramÚtres d?essais utilisés notamment la vitesse, le diamÚtre du clou et la position de percement. Aussi, dans les conditions d?essais choisis, un des EC était court-circuité depuis plusieurs minutes avant qu?un court- circuit inter-EC soit créé. Cela et la température de l?essai à laquelle la cellule n?est pas dans sa plage de fonctionnement (85°C) peut impacter fortement l?issue de l?essai. 4 Autres hypothÚses non testées D?autres hypothÚses comme le court-circuit externe ou la surdécharge n?ont pas été étudiées car jugées peu à même de déclencher un emballement thermique sur un module à température ambiante en condition de stockage. Un défaut d?étanchéité au niveau du module a été évoqué mais semblerait conduire à une oxydation lente du lithium métal sans nécessairement entrainer une réaction violente du module. La reproduction expérimentale de ce type de défaut a semblé difficilement représentative et peu reproductible pour qu?elle soit réalisée. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 43 sur 200 5 Conclusions de la recherche des causes probables Dans cette partie, plusieurs essais ont été réalisés afin de déterminer quels types d?évÚnements pourraient être susceptibles de déclencher l?emballement thermique de modules en condition de stockage. Les écrasements quasi-statiques menés sur les deux axes ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. Sur l?un des axes, les énergies nécessaires pour provoquer un début d?échauffement du module correspondent à une chute d?une masse de 40 kg de 5 m. Sur l?autre axe, l?énergie correspond à une chute de 6,5 m d?une masse de 280 kg. Les hypothÚses d?une chute d?objet sur la caisse, de la chute d?une caisse ou d?un coup de fourche de chariot élévateur semblent donc des hypothÚses plausibles même s?il faut noter que les modules étant placés dans des caisses, celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. Ces essais montrent aussi que la détermination du point de démarrage de l?emballement thermique est plus compliquée que pour du Li-ion car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Signifiant que les limites d?énergie tolérables sont moins faciles à déterminer et que, d?un point de vue accidentel, l?abus a pu avoir lieu plusieurs minutes/heures avant la réaction (ce qui reste parfois possible mais dans une moindre mesure pour le Li-ion). La seconde hypothÚse étudiée est celle d?un défaut interne de type court-circuit entre cellules ou interne à certaines cellules constitutives des modules. Pour tester cette hypothÚse, un essai clou a été réalisé. Il n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Toutefois, même si ce test démontre une assez bonne résistance de la technologie à ce type d?abus, plusieurs facteurs pourraient modifier l?issue du test : vitesse de pénétration, le diamÚtre du clou et la position de percement. Afin de s?affranchir de ces nombreux paramÚtres de test, un test ne simulant non pas le défaut mais les conséquences d?un défaut, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé, sera proposé dans la partie suivante. Ces essais ont, en outre, permis de mettre en évidence la rapidité avec laquelle un module passe d?un état paraissant stable à une réaction trÚs violente, marquée de maniÚre quasi instantanée par des projections de métal en fusion. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 44 sur 200 PARTIE 2 : Comprendre les caractéristiques de l?incendie Cette seconde partie étudie les mécanismes de propagation de l'incendie d?un module et d?une caisse de module LMP en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. Elle comprend des essais d?exposition au feu d?échantillons allant jusqu?à des caisses de modules avec ou sans extinctions. Les effets observés lors de ces réactions seront analysés pour déterminer si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie. L'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage) seront évalués en utilisant notamment des outils de modélisation. Enfin, les analyses de gaz et de particules permettent d?évaluer la dangerosité des substances émises. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 45 sur 200 6 Essai de chauffe localisée 6.1 Objectif Cet essai a pour but de tester les conséquences d?un court-circuit interne. En effet, comme cela a été détaillé dans les parties consacrées aux courts-circuits internes (inter-EC et pénétration au clou), les reproductions expérimentales de courts circuits internes sont limitées et leur représentativité peut être discutée. Ici, plutÃŽt que de tenter de reproduire la cause de la défaillance, nous proposons de reproduire ses conséquences, c?est-à-dire un échauffement important, rapide et localisé des couches internes. A cette fin, des protocoles relativement robustes pour les batteries Li-ion ont été développés dans l?ISO 6469-2 ou dans la série 05 du R100, adoptée en GRSP en décembre 2024 ou sont en cours de développement dans des groupes de travail à visée rÚglementaire (transport marchandises dangereuses). Des détails techniques sont donnés en Annexe 3. Ici, deux configurations seront testées, la premiÚre sur un assemblage de deux EC, emballées dans une multicouche polymÚre (type pouch cell) et la seconde en module. L?assemblage d?EC est un échantillon préparé spécialement par Blue Solutions pour les besoins de l?essai mais n?existe pas tel quel au format commercial. Dans le cas des modules, il s?agit du plus petit niveau d?intégration existant permettant d?être testé tel quel (possédant un casing). L?implantation du pad chauffant y est cependant imparfaite car, comme décrit en Figure 25, un espace sépare systématiquement le casing de l?empilement d?EC. Ces vides sont remplis de gaz inerte (azote) afin d?éviter l?oxydation des composants et l?enveloppe ne peut donc pas être percée sans affecter les parties actives. Malgré cela, la méthode de chauffe rapide locale a été mise en oeuvre mais un second élément chauffant plus grand et puissant a été instrumenté dans le cas où le petit élément chauffant ne permet pas de déclencher l?emballement thermique. 6.2 Essai sur module 6.2.1 Instrumentation et protocole d?essai Chaque type de pad chauffant est instrumenté en double en cas de défaillance d?un pad et un isolant thermique (plaque d?inerta) est placé au-dessus afin d?éviter la dissipation thermique. L?ensemble est maintenu par des colliers métalliques afin d??assurer un bon contact pad/module. L?ensemble de cette instrumentation et du positionnement est décrit en Figure 25. Les caractéristiques du pad chauffant sont les suivantes : - L1 et L2 : o Taille de pad 2,5 x 2,5 cm, o Puissance : 600 W (100 W/cm2), o Température maximale 800°C, - Pads chauffants : Mica 1 et 2 , o Taille de pad : 50 x 15 cm, o Puissance : 3 300 W (4.4 W/cm2), o Température maximale 600°C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 46 sur 200 Figure 25 : Implantation des pad chauffants La Figure 26 et le tableau 3 détaillent le positionnement des thermocouples. Figure 26 : Positionnement des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée Tableau 3 : Position des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée N° TC Position 1 TC pad Watlow 1 2 1 cm du pad Watlow 1 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 47 sur 200 3 TC pad Watlow 2 (backup) 4 1 cm du pad Watlow 2 5 TC pad mica 1 6 1 cm du pad mica 1 7 Pad mica 2 8 1 cm pad mica 2 9 Face avant 10 Face arriÚre 11 Face arriÚre 12 Face inférieure 13 Face inférieure 14 Face latérale 15 Face latérale tabs - 16 Face latérale tabs + 17 Ambiant 18 Event Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci permet d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesure infrarouge en un point donné (disque de diamÚtre 2 cm). Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face supérieure du module. Le positionnement des fluxmÚtres est présenté en Figure 27. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 48 sur 200 Figure 27 : Disposition des fluxmÚtres lors de l?essai chauffe rapide localisée sur module La Figure 28 présente le positionnement du module avant essai. Figure 28 : Photos du module avant essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 49 sur 200 6.2.2 Phase de chauffe avec les pads chauffants localisés La Figure 29 présente les températures mesurées sur et à 1 cm des pads chauffants localisés. AprÚs avoir rapidement atteint les 200°C, le premier pad manque de puissance pour poursuivre l?augmentation de température. Le second pad est alors démarré. Il atteint rapidement 350°C et plafonne à cette valeur. Environ 1 h aprÚs le démarrage du second pad localisé, ils sont arrêtés puis redémarrés. 20 min aprÚs le redémarrage, la décision est prise d?arrêter la chauffe avec ces pads. Avec cette méthode, hormis les températures mesurées sur les pads, la température la plus haute atteinte sur le casing en aluminium est de 240°C à environ 1 cm du second pad. Cette température est trop faible pour déclencher l?emballement thermique du module. Figure 29 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants localisés 6.2.3 Pads chauffants mica La Figure 30 présente les températures mesurées sur et à 1 cm des pads chauffants en mica. Un premier allumage du pad chauffant est rapidement arrêté à cause d?une erreur de manipulation. La température de l?élément chauffant n?aura pas dépassé 300°C. Environ 2 min aprÚs, le pad chauffant est relancé. 420 s (7 min) aprÚs le début de la chauffe, le module réagit. La température maximale atteinte par le pad, juste avant évÚnement est de 715°C. La température enregistrée par le thermocouple « TC_prox_pad_M_2 », placé à 1 cm du pad chauffant (en jaune sur les graphs) est particuliÚrement intéressante car plus représentative de ce qu?il se passe à l?intérieur du module. A partir du début de la chauffe, celle-ci augmente de maniÚre quasi linéaire jusqu?à 7300 s, où un palier à environ 155°C apparait. Celui-ci dure 60 s et la température décroit ensuite vers un second palier autour de 120°C. Ce comportement pourrait être attribué à l?absorption de l?énergie par la fusion du Li métal (Tfusion =180°C). 80 s aprÚs, l?emballement thermique démarre. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 50 sur 200 Figure 30 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants en mica La Figure 31 présente des extraits de la vidéo de l?essai et la Figure 32 ceux de la caméra IR. Les premiÚres fumées sont constatées 5 min 54 s avant le début de l?emballement. L?origine de ces fumées est incertaine. DÚs que le premier signe d?inflammation apparait, les effets sont immédiatement trÚs prononcés et la réaction de combustion s?accompagne de projections attribuées à du métal (Li) en fusion. Ces projections ne sont pas retrouvées sur des batteries Li-ion et sont caractéristiques de l?emballement thermique de ce type de batteries (contenant du Li-métal). Durant les 30 premiÚres secondes, les effets se font ressentir principalement par la face avant (cf. Figures 32 et 33). La face opposée perce ensuite et l?ensemble du module devient rapidement entouré de flammes. 1 min aprÚs le début de l?emballement thermique, la réaction est pleinement développée. D?importantes projections de métal en fusion, associées à un éclatement sont parfois observées (cf. T0+ 1 min 40 s). 2 min 30 aprÚs son initiation, la réaction baisse fortement d?intensité même s?il faut encore attendre plusieurs minutes pour constater l?arrêt des flammes. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 51 sur 200 Figure 31 : Extraits de la vidéo de l?essai de surchauffe par pad module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 52 sur 200 Figure 32 : Extraits de la vidéo thermique lors de l?essai de surchauffe par pad chauffant La Figure 33 présente l?enregistrement des thermocouples. DÚs que l?emballement thermique est atteint, l?ensemble des thermocouples placés sur le module enregistrent une augmentation de température. La face latérale (TC11) semble impactée plus tardivement (15 à 20 s aprÚs le début de l?emballement). AprÚs environ 30 s, l?ensemble des thermocouples enregistrent des températures supérieures à 1200 °C et les températures ensuite enregistrées ne sont plus représentatives. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 53 sur 200 Figure 33 : Enregistrements des températures de peau du module lors de l?essai de surchauffe par pad. Saturation des TCK à 1200°C Le pyromÚtre permet de mieux approcher les températures atteintes durant la réaction. La Figure 34 présente l?enregistrement des températures ainsi mesurées. En tout début de réaction, les températures enregistrées sont trÚs bruitées et difficilement exploitables, cependant, aprÚs quelques secondes, il permet de constater que les températures maximales atteintes oscillent entre 1500 °C et 1600 °C, voire dépassent momentanément 1600 °C (valeur limite du capteur). AprÚs 30 s de températures dans ces valeurs, la réaction, au point visé par le capteur, semble baisser en intensité et retrouve des valeurs autour de 800 °C. 1 min plus tard, une nouvelle augmentation de température culminant à 1400 °C est constatée. Elle peut être liée à la chute/fonte de la paroi du casing découvrant l?intérieur du module où la réaction est plus chaude. 2 min aprÚs le début de la réaction, les températures passent définitivement en dessous de 1000 °C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 54 sur 200 Figure 34 : Température enregistrée par le pyromÚtre en un point au milieu de la face supérieure du module. Saturation de l?instrument à 1600°C La Figure 35 présente la tension enregistrée. Une chute légÚre de tension est décelable 20 secondes avant le début de l?emballement thermique. 20 secondes aprÚs le début de l?emballement thermique, la tension chute brutalement de 40 V à 0 V, marquant vraisemblablement une déconnexion de l?empilement d?EC des bornes du module. Figure 35 : Tension du module lors de l?essai surchauffe par pad La Figure 36 présente les flux thermiques rayonnés. Conformément aux autres éléments (thermocouples et vidéo), ils permettent de constater que la réaction dure environ 2 min 20. Un pic proche de 14 kW/m2 est enregistré par les deux fluxmÚtres placés symétriquement de part et d?autre de la face avant, à 2,5 m de l?échantillon. Le fluxmÚtre 1 enregistre des valeurs inférieures car positionné plus loin (3,5 m). En début de réaction, le fluxmÚtre 1 enregistre des valeurs encore moindres car il est à l?opposé du cÃŽté où la réaction débute. Ces résultats sont plus largement exploités dans le chapitre 12 (Partie 2). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 55 sur 200 Figure 36 : Valeurs de flux thermiques rayonnés enregistrés lors de l'essai surchauffe par pad module Enfin, la Figure 37 présente les résidus aprÚs essai. De maniÚre similaire aux autres essais ayant conduit à une réaction, l?échantillon est entiÚrement détruit et des résidus brunâtres sont retrouvés. La partie 3 de ce rapport est consacré à la caractérisation de ces résidus dans l?optique d?évaluer si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 56 sur 200 Figure 37 : Photographie aprÚs essai Au final, la chauffe avec un pad de grande dimension et suffisamment puissante a permis de déclencher un emballement généralisé du module. Cette méthode, facile à mettre en oeuvre expérimentalement et peu invasive, sera reprise comme moyen de déclenchement pour les essais de propagation (caisse) même si elle n?est pas forcément représentative d?un court-circuit interne localisé. En revanche, la chauffe rapide localisée n?a pas permis de déclencher d?emballement thermique. Comme l?électrochimie (EC) est éloignée physiquement de la zone chauffée (casing alu), il est difficile de conclure et un essai sur EC est proposé dans la partie suivante. 6.3 Essai sur EC 6.3.1 Instrumentation et protocole d?essai Pour cet essai, l?assemblage de 2 EC en série a été équipé de 4 thermocouples tels que décrits en Figure 38. Figure 38 : Positionnement du pad chauffant et des thermocouples pour l?essai sur EC Le pad est positionné au centre de la face de l?EC et recouvert d?une couche d?isolant souple. Les caractéristiques du pad sont les suivantes : o Taille de pad 25 x 25 x 4 mm, o Puissance : 600 W (100 W/cm2), o Température maximale 800°C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 57 sur 200 Afin d?assurer un bon contact entre le pad chauffant et l?EC ainsi qu?une pression sur les EC, le systÚme a été placé entre deux parpaings réfractaires de type siporex de 15 kg chacun. La Figure 39 présente le dispositif avant essai. Figure 39 : Montage expérimental de l?essai chauffe rapide localisée sur EC 6.3.2 Résultats La Figure 40 présente les extraits vidéos de la chauffe avec le premier pad chauffant. 33 s aprÚs le début de la chauffe, une légÚre fumée est visible. 10 s plus tard, une lueur apparait sous les siporex et de faibles flammes sont visibles l?espace de quelques secondes. Ce moment coïncide avec la perte du pad chauffant (il n?accepte plus de courant). L?hypothÚse que nous retenons est une défaillance du pad chauffant. Lors de cette chauffe, aucune donnée n?était enregistrée suite à une erreur d?enregistrement. Afin de poursuivre le test, le pad chauffant a été remplacé par un second pad du même type, placé au même endroit. Cette fois, par simplicité, aucune couche d?isolant ne sera placée dessus (hormis le siporex). L?essai est relancé dans l?heure qui suit. Figure 40 : Extraits vidéo de la premiÚre chauffe n?ayant pas provoqué d?emballement thermique Les données de la chauffe avec le second pad ont cette fois été enregistrées et sont présentées ci- dessous en Figure 41. La puissance de l?élément chauffant est progressivement augmentée jusqu?à 300 W, ce qui permet d?obtenir une rampe de température de l?ordre de 17 °C/s au niveau du pad, jusqu?à atteindre 796 °C. A cette température, une rupture de pente est observée et la chauffe s?accélÚre, probablement portée par une réaction exothermique de l?EC. 50 s aprÚs le début de la chauffe, le thermocouple placé sur le pad sature (1200 °C) témoignant de la réaction de l?EC. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 58 sur 200 On note qu?il reste possible de passer du courant pendant quelques secondes dans le pad, ce qui cette fois permet de conclure à une réaction de l?EC et non une défaillance du pad. 10 s plus tard (80 s), le thermocouple placé à la surface de l?EC abusé enregistre une élévation rapide de température, d?abord jusqu?à 1000 °C puis sature (1200 °C). La réaction se diffuse sur le premier EC et, 30 s aprÚs les premiers signes de réaction, le TC3 placé à 15 cm du pad chauffant enregistre une élévation rapide de température, jusqu?à saturation. C?est à ce moment que la tension du systÚme s?annule une premiÚre fois. Il faudra 30 s de plus pour que la réaction se propage au second EC (125 s) (TC 4 et 5). Figure 41 : Données enregistrées lors de l?essai de chauffe externe rapide sur EC Les extraits vidéos de l?essai présentés en Figure 42 sont en concordance avec la description faite par l?analyse des données. On notera la présence de projections dÚs les premiers instants de la réaction. Il faut environ 30 s pour que la réaction se développe et devienne intense. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 59 sur 200 Figure 42 : Extraits vidéo de la seconde chauffe aprÚs remplacement du pad chauffant Une chauffe rapide localisée à la surface d?un EC a donc permis de créer un emballement thermique de l?ensemble de l?EC qui s?est ensuite propagé à l?EC en série placé dessous. En supposant que cet essai soit représentatif de ce qu?il pourrait se passer en cas de défaut interne, il est donc possible de conclure qu?un défaut interne ait pu causer l?emballement thermique d?un EC qui s?est ensuite propagé au module. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 60 sur 200 7 Comportement d?un module LMP exposé à un flux calibré (essai feu sur module) 7.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la réaction d?un module LMP lorsqu?il est en emballement thermique. Cet essai a été réalisé le 18/10/2023. Plusieurs paramÚtres importants ont été étudiés : o La température à laquelle le module commence à réagir, o Le flux thermique dégagé (HRR (Heat Release Rate) et THR (Total Heat Release)), o La température maximale atteinte lors de la réaction, o Les effets de la réaction (projection, écoulements, ?), o La qualification des gaz et particules émises (notamment vis-à-vis des risques toxiques et d?explosion). Pour cela un module chargé à 100 % est soumis à un flux thermique radiatif, représentatif d?un feu développé. Classiquement, des panneaux radiants sont utilisés pour produire le flux thermique radiatif. La violence de la réaction attendue du module et afin de préserver l?intégrité du moyen d?essai, il a été préféré d?adapter le protocole. Le module a ainsi été placé au centre d?une virole en acier de 2 mm d?épaisseur, de 40 cm de diamÚtre et de 80 cm de longueur, elle-même suspendue au-dessus d?un feu de propane. En ajustant la puissance du feu de propane, la puissance thermique radiative reçue par le module a pu ainsi être ajustée. Cet ajustement de protocole empêche une bonne mesure des flux thermiques émis mais permet l?évaluation des autres paramÚtres recherchés (nb : pour l?étude des flux thermiques émis par un module, se reporter à la partie 6 surchauffe module par pad chauffant). Le montage expérimental est présenté en Figure 43. Le moyen d?essai est placé au centre d?une chambre d?essai de 300 m3 dotée d?une extraction forcée de 35 000 m3/h s?effectuant verticalement à 7 m de hauteur. Les entrées d?air sont assurées par des ouvertures de 40 x 40 cm² réparties sur tout le pourtour de la chambre. Figure 43 : Photographies du moyen d?essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 61 sur 200 Le module est placé verticalement dans la virole au-dessus d?un lit de sable. Le feu de propane est allumé par un opérateur au moyen d?un chalumeau. L?essai de calibration dont les résultats sont présentés sur la Figure 44 a permis de déterminer que pour un débit de propane fixé à 25 g/s, les températures à l?intérieur de la virole montent progressivement pendant 5 min jusqu?à 400°C environ et le flux absorbé par l?échantillon est alors estimé à un flux compris entre 10 et 15 kW/m2 en considérant les effets convectifs et radiatifs. Figure 44 : ParamÚtres mesurés (températures, flux à l?intérieur de la virole) lors d?un essai à blanc Le feu est maintenu jusqu?à ce que l?emballement thermique du module soit atteint. La Figure 45 présente l?implantation des thermocouples. Figure 45 : Implantation des thermocouples Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 62 sur 200 Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci permet d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesure infrarouge en un point donné (disque de diamÚtre 2 cm). Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face visible du module (Cf. Figure 46). Avec ce type de mesure, l?émissivité de la flamme n?étant pas connue (fixée arbitrairement à 0.95), la précision de la valeur de température est de l?ordre de 10 %. A noter que pour une valeur d?émissivité de flamme plus faible, les températures mesurées seraient plus élevées. Malgré les difficultés posées par la virole pour mesurer le flux thermique émis, un fluxmÚtre a été positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut (hauteur du haut de la virole). La Figure 46 présente le montage expérimental avant essai. Figure 46 : Montage expérimental de l?essai flux radiatif 7.2 Résultats 7.2.1 Observations La Figure 47 présente des extraits de la vidéo d?essai. AprÚs allumage du bac feu, celui-ci se stabilise rapidement (30 s). 15 min aprÚs l?allumage du bac, une premiÚre réaction est observée (projection de gaz, de flammes et de particules incandescentes par le haut de la virole). 6 secondes aprÚs ces premiers signes de réaction, l?intensité du feu de propane a drastiquement baissé et la réaction à l?intérieur de la virole semble relativement faible (de légÚres flammes ressortent). Cette chute d?intensité est marquée par le pic négatif au temps t0 + 15,75 min sur le graphe de débit calorifique (Figure 55). Il faut attendre 30 s pour que la réaction s?intensifie et 36 s pour que des projections importantes de Li en fusion apparaissent. 1 min 20 aprÚs le début de réaction, la virole dans laquelle est maintenu le module se perce en deux points au niveau de sa base. 1 min 56 aprÚs le début de réaction, la réaction semble atteindre un pic d?intensité, coïncidant avec le pic de flux thermique rayonné mesuré par le fluxmÚtre et le second pic de débit calorifique mesuré. Environ 2 min 30 s aprÚs son initiation, la réaction baisse nettement d?intensité, il faudra ensuite attendre plusieurs minutes pour que la réaction s?arrête. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 63 sur 200 Figure 47 : Extraits de la vidéo de l?essai flux thermique Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 64 sur 200 La Figure 48 présente des extraits de la vidéo enregistrée par caméra infrarouge. Elle permet de constater que, quelques secondes avant la réaction, le bas de la virole a une température de 640 °C. DÚs que la réaction débute, les valeurs maximales de températures dépassent les 660 °C dans les zones blanches et la caméra se sature. Peu d?informations sont exploitables de ces données. Figure 48 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai flux radiatif Les photos aprÚs essais sont présentées en Figure 49. Elles permettent de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus, rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées de métal fondu (probablement l?acier de la virole). La virole en acier (Tfus env. 1400 °C) est percée et largement dégradée attestant de températures extrêmement élevées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 65 sur 200 Figure 49 : Photographies du montage aprÚs l?essai de flux radiatif 7.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 50 présente les enregistrements de température de l?ensemble des thermocouples. Le thermocouple placé dans les flammes (env. 20 cm sous la virole) enregistre une élévation rapide de température et oscille ensuite entre 800 et 1000 °C en fonction du contact ou non à la flamme. Les autres températures augmentent progressivement. 15 min aprÚs l?allumage du feu et que l?échantillon soit soumis à un flux thermique compris entre 10 et 15 kW/m2 sur toute sa surface extérieure, le module s?emballe et les températures enregistrées dépassent alors les 1200 °C (limite haute des thermocouples). La Figure 51présente une sélection de thermocouples afin de permettre une meilleure visualisation des variations de températures du module. Juste avant l?emballement thermique, les températures maximales enregistrées sur les faces du module sont de l?ordre de 480 °C. DÚs lors que la réaction du module débute (1544 s), le feu de propane est stoppé (1550 s) et la température enregistrée par le thermocouple dans le feu décroit. 16 secondes (1560 s) aprÚs les premiers signes de réaction, le thermocouple positionné sur la tab (face orientée vers le haut de la virole) dépasse 1200 °C. Il faut 13 secondes de plus (1573 s) pour que des températures supérieures à 1200 °C soient enregistrées sur l?ensemble des faces. AprÚs cela, l?ensemble des thermocouples est saturé et les valeurs enregistrées ne sont plus significatives. Figure 50 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 66 sur 200 Figure 51 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif (sélection de thermocouples) La Figure 52 présente l?enregistrement effectué par le pyromÚtre. Cet enregistrement reflÚte la température en un point au centre de la face supérieure (proche des bornes). DÚs l?allumage du feu, des oscillations trÚs brÚves jusqu?à 1400 °C sont enregistrées mais ne sont pas représentatives de la température de la face (perturbation par les flammes). DÚs lors que le module réagit (1544 s), la température s?élÚve jusqu?à osciller entre des températures de 1100 à 1200 °C au plus fort de la réaction. Environ 5 min aprÚs le début de la réaction, les températures retombent en dessous de 800 °C. Il faut noter que les températures ainsi observées n?auraient pas suffi à saturer les thermocouples positionnés sur le module tels que cela a été observé. Les hypothÚses les plus probables sont que le montage (avec la virole autour) a gêné la mesure du pyromÚtre et les valeurs enregistrées ne sont pas celles du module ou le module s?est affaissé en cours d?essai et les valeurs mesurées sont celles de la paroi de la virole. En conclusion, nous proposons de ne pas retenir ces températures et nous préfÚrerons retenir celles qui seront enregistrées lors des autres essais, où le montage sera plus adapté. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 67 sur 200 Figure 52 : Enregistrements de la température effectuée par le pyromÚtre au centre de la face supérieure (proche des bornes) La Figure 53 présente l?enregistrement de tension effectué lors de l?essai flux radiant. Les premiÚres variations de tension (environ 1 V) se font ressentir à 1542 s, soit 2 secondes avant les premiÚres élévations de températures violentes enregistrées. La tension s?annule environ 1 min aprÚs le début de la réaction, ce qui atteste d?une réaction séquentielle des EC à l?intérieur du module. Figure 53 : Enregistrements de la tension du module lors de l?essai flux radiatif. La Figure 54 présente les flux thermiques enregistrés au cours de l?essai. Conformément aux autres éléments (thermocouples et vidéo), ils permettent de constater que la réaction dure environ 2 min 30. Un pic proche de 12 kW/m2 est enregistré par le fluxmÚtre positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut Ces résultats sont plus largement exploités dans le chapitre 12. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 68 sur 200 Figure 54 : Enregistrements des flux thermiques Pour compléter cette mesure, et comme une analyse de gaz a été réalisée lors de cet essai, des valeurs de débit calorifique et de chaleur de combustion ont pu être calculées par CDG et OC. Des détails sur ces méthodes sont donnés en Annexe 4. La Figure 55 présente ainsi les valeurs de débit calorifique (HRR) calculées par ces méthodes. De l?allumage du feu (T0) à la réaction du module (15 min), le débit calorifique est entiÚrement imputable au feu de propane. Celui-ci est stable, entre 1 et 1,3 MW. DÚs que la réaction s?amorce (15 min), le feu de propane est stoppé. Un régime transitoire sur une période d?environ 30 s est observé durant lequel il est difficile d?attribuer l?origine de la chaleur de combustion (feu de propane vs module). AprÚs cela, l?entiÚreté du débit calorifique est attribuée au feu du module. La réaction augmente progressivement en intensité jusqu?à atteindre un premier pic à 1,8 MW 1 min 30 aprÚs les premiers signes de réaction. Un second pic culminant à 2,4 MW est observé 2 min 10 aprÚs le début de réaction. En intégrant ces données, il est possible de calculer l?énergie totale dégagée. La Figure 56 présente cela. Les valeurs ainsi calculées sont comprises entre 178 MJ et 198 MJ selon la méthode choisie (respectivement CDG et OC). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 69 sur 200 Figure 55 : Débit calorifique (HRR) calculé par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 70 sur 200 Figure 56 : Chaleur de combustion calculée par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif 7.2.3 Estimation de l?émittance de flamme L?émittance de flamme peut être estimée au moyen du modÚle de la flamme solide en postulant que le flux reçu par le fluxmÚtre suit la formule suivante : ?? = ????0 Avec : ?? = Flux reçu par le fluxmÚtre (kW/m²) ? = Facteur de transmissivité atmosphérique (-) ?? = Facteur de vue entre la flamme et le fluxmÚtre (-) ?0 = Emittance de flamme (kW/m²) Le facteur de vue est l?angle solide entre la flamme et le fluxmÚtre. Le facteur de transmissivité atmosphérique traduit l?absorption des rayonnements par l?air présente entre la surface radiante et le fluxmÚtre. Ce modÚle est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 2,5 m de hauteur et de 1 m de diamÚtre, - un flux rayonné mesuré au niveau du fluxmÚtre situé à 3 m de la flamme de 11 kW/m², Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 71 sur 200 L?émittance maximale calculée avec cette méthode est d?environ 170 kW/m². A noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. Une taille de flamme plus petite conduirait à une émittance plus élevée et inversement. Toutefois, au regard des températures mesurées et des conséquences observées, cet ordre de grandeur d?émittance semble physiquement possible. 7.3 SynthÚse Le Tableau 4 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 4 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence les points suivants : - l?emballement du module peut s?amorcer lorsque que ce dernier est soumis à un flux compris entre 10 et 15 kW/m² pendant environ 15 min. Cela laisse supposer qu?un stockage de modules exposé à un feu situé à quelques mÚtres pendant plus de 10 min est susceptible de s?enflammer ; - la durée de la réaction est trÚs courte (2,5 min) ; - l?émittance maximale de flamme issue de cet emballement est de l?ordre de 170 kW/m², caractéristique des feux de métaux. 8 Comportement d?une caisse de modules LMP prise dans un incendie (essai feu sur caisse) 8.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la réaction d?une caisse de modules LMP, lorsqu?elle est soumise à un feu externe. Cet essai a été réalisé le 22/03/2024. Plusieurs paramÚtres importants ont été étudiés : o Mesure de la température de début de réaction et de la température maximale de la réaction, o Mesure du flux thermique dégagé (HRR et THR), o Analyse des effets de la réaction (projection ?), o Mesure des gaz et particules émises (traitée dans une partie dédiée). Lors de l?essai feu, la caisse de modules chargées à 100% était positionnée au-dessus d?un lit de gravier à travers duquel diffusait un débit contrÃŽlé de gaz inflammable (en l?occurrence du propane). Ce systÚme a permis de maintenir une flamme relativement homogÚne englobant toute la surface de la caisse. Le flux thermique apporté par cette agression à la caisse excÚde à certains endroits 100 kW/m². L?alimentation en gaz s?est fait sous débit contrÃŽlé et à partir de plusieurs bouteilles de stockage disposées à l?extérieur de la chambre d?essai. Le montage expérimental est présenté en Figure 57. Le banc d?essai est placé au centre d?une chambre d?essai de 1000 m3 dotée d?une ventilation forcée d?environ 80 000 m3/h. Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du module (min) Durée totale de la réaction du module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (méthode CDG/OC) (MJ) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Flux thermique de 10 à 15 kW/m² 15 2.5 2400 178/198 > 1200 11 170 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 72 sur 200 Figure 57 : Montage expérimental de l?essai feu caisse La caisse de 7 modules, agencés tels que schématisés en Figure 58 a été placée horizontalement sur deux rangés de parpaing siporex, au-dessus du bac feu. Afin d?améliorer les prises de vues et le suivi de la réaction, la partie supérieure de la caisse ainsi que sa façade ont été retirées. Le feu de propane est allumé jusqu?à l?amorçage de l?emballement thermique. Figure 58 : Agencement des 7 modules dans la caisse Chaque module était équipé de deux thermocouples de type K, disposés tels que décrits sur la Figure 59. Le positionnement des fluxmÚtres est détaillé sur cette même figure. La hauteur h1 est de 135 cm. Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci a permis d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesures infrarouges sur une zone définie. Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face visible (proche des bornes) du module 4 sur une surface circulaire d?environ 2 cm de diamÚtre. Il est à noter que, pour cet essai, la caméra thermique utilisée permet un enregistrement des températures jusqu?à 2000 °C et non 660°C comme celle utilisée lors d?autres essais. Comme pour le pyromÚtre, avec ce type de mesure, l?émittance de la flamme n?étant pas connue (fixée arbitrairement à 0,95), la précision de la valeur de température est de l?ordre de 10 %. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 73 sur 200 Figure 59 : Disposition des thermocouples et des fluxmÚtres 8.2 Résultats 8.2.1 Observations La Figure 60 présente des extraits vidéos enregistrés par la caméra infrarouge et permet de suivre le déroulé de l?essai. Le feu de propane est allumé 11 min avant la premiÚre réaction visible d?un module. Il faut noter que du fait de la ventilation forcée et des arrivées d?air pas parfaitement symétriques, le feu de propane tire vers le module 1. Cette asymétrie du feu est assez visible sur les images -3min 52 s et -14 s de la Figure 61. De fait, le module 1 (à gauche de la caisse) réagit en premier. Le gaz est arrêté environ 15 s aprÚs les premiers signes de réaction. Le module 2 commence à réagir 2 min 21 s aprÚs le module 1. L?ensemble des modules réagiront ainsi de suite, avec des effets comparables à ceux observés lors des essais précédents (projection de métal en fusion, flammes, etc.). Le temps de propagation moyen entre deux modules est de 1 min 30 s tandis que le temps le plus court est de 34 s (module 2 à 3) et le plus long 2 min 21 s (module 1 à 2). Comme la réaction d?un module dure environ 2 min 30 s, le nombre de modules réagissant simultanément ne dépasse pas 2 à 3. 15 minutes aprÚs le début de la réaction du premier module, la réaction baisse d?intensité, des flammes restent cependant visibles et les températures sur l?amas de résidus est proche de 1500 °C pendant plusieurs minutes. Une flaque de résidus en fusion reste visible au sol de la chambre d?essai. La température de cette flaque reste au-dessus de 1000 °C plusieurs minutes (3 à 5 min) et dépasse ponctuellement 1200 °C. A noter que la dynamique de propagation du feu dans cette configuration est plus rapide que celle que l?on observerait en l?absence de feu de propane car ce dernier a contribué dans un premier temps à fragiliser et à chauffer tous les modules. Les temps de propagation observés ici (entre 34 s et 2 min 21 s) sont donc raccourcis par l?agression initiale du feu de propane. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 74 sur 200 Figure 60 : Captures d?écran de la caméra infrarouge lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 75 sur 200 Figure 61 : Captures d?écran de la vidéo lors de l?essai feu caisse Les photos aprÚs essai sont présentées en figure 62. De maniÚre similaire aux autres essais, elles permettent de constater que la caisse de modules est complÚtement détruite. Des résidus rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées au niveau du sol. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 76 sur 200 Figure 62 : Photos prises aprÚs l?essai feu caisse 8.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 63 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le TC bac feu permet de constater l?allumage du feu de propane dÚs lors que des valeurs autour de 900 °C sont enregistrées. DÚs que le feu est éteint (11 min 15 s aprÚs allumage), les températures enregistrées par ce thermocouple décroissent. La réaction du premier module est marquée par l?augmentation trÚs rapide des thermocouples « M1_TC1 » et « M1_TC2 », dépassant 1200 °C. DÚs lors, l?ensemble des thermocouples enregistrent des augmentations brutales et au-delà de 1200 °C, dans un ordre ne correspondant pas à la séquence de propagation observée par caméra infrarouge. L?ensemble des enregistrements en température est présenté en Figure 64 mais ne sera pas exploité du fait des pertes d?information répétées. En revanche, le pyromÚtre a pu enregistrer des températures tout au long de l?essai. Durant la phase de feu de propane, le signal est trÚs bruité et ne sera pas exploité. Dans les premiers moments de la réaction, dÚs lors que le feu de propane est coupé, le pyromÚtre enregistre des températures inférieures à 400 °C. Il faut attendre 3 minutes pour que les températures enregistrées dépassent les 400°C sur un signal trÚs bruité. 5 min 25 s aprÚs le début de la réaction, le pyromÚtre enregistre des températures comprises entre 1200 et 1400°C pendant environ 3 minutes. Cette temporalité coïncide avec ce qui a été observé sur la caméra thermique (réaction du module 4). Enfin, les tensions enregistrées sont perdues quelques minutes aprÚs l?allumage du feu de propane et ne sont donc pas exploitables. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 77 sur 200 Figure 63 : Données enregistrées lors de l'essai feu caisse Figure 64 : Enregistrements de températures lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 78 sur 200 En plus des thermocouples et du pyromÚtre, la caméra thermique permet de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 65 présente ainsi la température maximale enregistrée par la caméra thermique en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température passe en moins de 20 s de 1000 °C (température du feu de propane) à plus de 1300 °C. Tout au long de la réaction, la température oscille entre 1300 et 1615 °C. Cette température est 200 °C plus élevée que la température enregistrée par le pyromÚtre car la zone concernée (1 pixel soit 0.25 cm²) est plus localisée que la surface moyenne sur laquelle le pyromÚtre travaille. En confrontant ces deux mesures, il est possible de conclure que la réaction produit des températures de l?ordre de 1400 °C et qui peuvent atteindre trÚs localement 1600 °C. Figure 65 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique La Figure 66 propose une extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules. De maniÚre générale, la température moyenne sur la face au cours de la réaction est de 1200-1300 °C. Cette extraction permet d?estimer les temps de réaction de chaque module, et de visualiser la dynamique de la propagation d?emballement thermique. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 79 sur 200 Figure 66 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules La Figure 67 présente les flux thermiques enregistrés au cours de l?essai. Conformément aux autres éléments (vidéo infra-rouge), ils permettent de constater que la réaction globale dure environ 12 min. Un pic proche de 22 kW/m2 est enregistré par le fluxmÚtre 4 positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut. De maniÚre générale, ce fluxmÚtre enregistre des valeurs de flux supérieures aux autres fluxmÚtres du fait de son positionnement dans le sens du flux créé par la ventilation forcée orientant les flammes du cÃŽté de ce fluxmÚtre. En fin de réaction, lorsque les modules qui réagissent sont situés à l?opposé, cet écart se réduit. Chacun des pics de cette figure correspond au pic d?intensité d?un module et est cohérent avec les autres analyses effectuées. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 80 sur 200 Figure 67 : Flux radiatifs enregistrés par les fluxmÚtres lors de l?essai feu caisse. Pour compléter cette mesure, et comme une analyse de gaz a été réalisée lors de cet essai, des valeurs de débit calorifique et de chaleur de combustion ont pu être calculées par CDG et OC. Des détails sur ces méthodes sont donnés en annexe 4. Les deux courbes sont présentées mais nous préfÚrerons utiliser les résultats du calcul d?OC pour l?exploitation (moins sujet aux variations de coefficients selon le combustible). La Figure 68 présente ainsi les valeurs de débit calorifique (HRR) calculés par ces méthodes. De l?allumage du feu (T0) à la réaction du module (15 min), le débit calorifique est entiÚrement imputable au feu de propane. Celui-ci est stable à environ 1,5 MW. DÚs que la réaction est observée (12 min), le feu de propane est arrêté. Un régime transitoire d?environ 30 s est observé durant lequel il est difficile d?attribuer l?origine de la chaleur de combustion (feu de propane vs module). AprÚs cela, l?entiÚreté de la chaleur de combustion est attribuée au feu des modules. La réaction augmente progressivement en intensité jusqu?à atteindre un premier pic à 4 MW 2 min 30 s aprÚs les premiers signes de réaction et correspondant à la réaction simultanée des deux premiers modules. Des pics s?enchaînent ensuite en fonction de la réaction des modules. Le maximum d?intensité est calculé environ 10 min aprÚs le début de la réaction et correspond à la réaction quasi simultanée des modules 6 et 7. Ce pic atteint 5,5 MW. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 81 sur 200 En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Les valeurs ainsi calculées sont respectivement 1872 MJ et 2143 MJ selon la méthode choisie, soit une chaleur de combustion d?environ 10,2 MJ/kg, en utilisant la perte de masse mesurée (fig. 69). On rappelle que le PCI du bois est de 18 MJ/kg. Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car elle a en partie brulé lors de la phase avant l?emballement du premier module. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Figure 68 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu sur caisse La Figure 69 présente la perte de masse au cours de l?essai. La perte totale de masse mesurée est de 185 kg soit 2/3 de la masse initiale de l?échantillon. La perte de masse observée pendant les 14 premiÚres minutes est due à l?évaporation de l?humidité présente dans les graviers et le sable disposés au sol et à la combustion partielle de la caisse en carton/bois. La dérivation de cette courbe permet d?obtenir le débit massique qui culmine à 280 g/s 5 min aprÚs le début de la réaction. La vitesse de combustion surfacique maximale atteint donc 280 g/m²/s et la vitesse moyenne atteint 185 g/m²/s pendant la durée de réaction des modules (de la 15iÚme à la 25iÚme minute). A titre de comparaison, la vitesse de combustion de 2 m² d?heptane (composant de l?essence) atteint 60 g/m²/s. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 82 sur 200 Figure 69 : Perte de masse et débit massique lors de l?essai feu caisse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 83 sur 200 8.2.3 Estimation de l?émittance de flamme Le modÚle présenté au paragraphe 7.2.3 est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 1,5 à 2 m de hauteur et de 1 m de diamÚtre, - un flux maximal mesuré au niveau du fluxmÚtre F1 situé à 3 m de la flamme de 10 kW/m² (le fluxmÚtre 4 mesure 22 kW/m² mais l?interprétation de ces résultats est plus difficile car la flamme penche vers ce fluxmÚtre). L?émittance maximale calculée avec cette méthode varie entre 165 et 200 kW/m². A noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations à un instant t. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. 8.3 SynthÚse Le Tableau 5 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 5 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie A moyenne échelle, des émittances de flamme élevée ont pu être mesurées dont le maximum a pu être évalué entre 165 et 200 kW/m². Par ailleurs, les températures observées sont caractéristiques des feux de métaux. L?énergie libérée est environ 10 fois plus élevée que celle mesurée lors de l?essai sur un module. L?énergie libérée lors de cet essai par module est donc plus important. Cela peut s?expliquer par le type d?agression plus intense pour cet essai, un effet d?échelle ou encore la présence de matériaux additionnels (palette, ?). Date de l'essai Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode CDG/OC) (MJ) Chaleur de combustion (modules seuls) (MJ/kg) Durée de réaction des modules (min) 22/03/2024 7 feu englobant > 100 kW/m² 11 5500 1872/2143 10.2 10 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Vitesse de combustion moyenne (g/m²/s) Température maximale mesurées par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique (°C) Températur moyenne mesurée par la caméra thermique (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) 66 280 185 > 1200 1615 1400 10 165-200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 84 sur 200 9 Propagation de l?emballement thermique d?un module au sein d?une caisse (essai de propagation sur caisse) 9.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la possibilité de propagation au sein d?une caisse et entre caisses en cas de réaction d?un module au sein d?une caisse. Cet essai a été réalisé le 07/03/2024. Plusieurs paramÚtres importants seront étudiés : o Analyse de la propagation aux modules et caisses voisines en condition de stockage, o Mesure du flux thermique dégagé (HRR et THR), o Analyse des effets de la réaction (projection ?), o Conclusion sur la possibilité de propagation de l?emballement thermique d?un seul module au reste de la caisse, voir au reste de l?entrepÃŽt. Lors de l?essai propagation, deux caisses de modules chargées à 100 % ont été positionnées l?une sur l?autre. Chacune des caisses contenait trois modules devant être chargées à 100 % et 4 boitiers de modules vides utilisés pour reproduire l?encombrement dans une caisse sans augmenter la charge calorifique (pour assurer la sécurité du moyen d?essai). La disposition des modules et des caisses est présentée en Figure 70. Figure 70 : Disposition des modules dans les caisses. Le module central de la caisse du bas (C1M3) était équipé d?un pad chauffant ayant les caractéristiques suivantes : o Taille de pad : 50 x 15 cm, o Puissance : 3 300 W (4,4 W/cm2), o Température maximale 600°C. L?assemblage était placé au centre d?une chambre d?essai de 1000 m3 dotée d?une ventilation forcée de 80 000 m3/h. Le montage expérimental est présenté en Figure 71. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 85 sur 200 Figure 71 : Montage expérimental de l?essai propagation caisse Chaque module est équipé de thermocouples de type K, disposés tels que décrits sur la Figure 72. Le positionnement des fluxmÚtres est détaillé sur cette même figure (h1 =1,35 m). Figure 72 : Positionnement des thermocouples et des fluxmÚtres lors de l?essai propagation caisse Il est à noter que, pour cet essai, la caméra thermique utilisée permet un enregistrement des températures jusqu?à 2000 °C et non 660 °C comme pour d?autres essais. Elle a été cependant placée derriÚre un écran de protection, ce qui affecte les valeurs de températures mesurées et qui ne pourront pas être prises en compte. Cet écran a été utilisé seulement pour cet essai. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 86 sur 200 9.2 Résultats 9.2.1 Observations La Figure 73 présente des extraits vidéos enregistrés par la caméra infrarouge et permet de suivre le déroulé de l?essai. Le pad chauffant est allumé 640 s avant la premiÚre réaction visible d?un module. Aucune évolution n?est visible durant ce laps de temps car l?échauffement est masqué par la présence des caisses. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. Le pad chauffant est immédiatement arrêté et la réaction s?intensifie rapidement. 1 min aprÚs les premiers signes de réaction, la réaction est particuliÚrement intense. Les images des caméras présentées en Figure 74 permettent de mieux se rendre compte de l?intensité des flammes. Les modules étant placés à l?intérieur de caisses, il est difficile de suivre la propagation de la réaction. A environ 3 min, une accalmie de la réaction perceptible sur les enregistrements IR et HD est visible. A cet instant, la partie gauche de la façade de la caisse supérieure est tombée et permet de constater que les modules de la caisse supérieure n?ont pour l?instant pas réagi. Le premier module de la caisse du haut commence à réagir à 3 min 30 sec et les modules suivants commenceront à réagir respectivement 1 min et 2 min 30 sec plus tard. La phase violente de la réaction se termine environ 9 min aprÚs le début de réaction mais une réaction lente, correspondant à la combustion des résidus, des casings de modules vides et des caisses en bois se poursuit pendant plusieurs dizaines de minutes. Les effets sont comparables à ceux observés lors des essais précédents (projection de métal en fusion, flammes, etc.), une flaque de résidus en fusion est visible sur le sol de la cellule d?essai. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 87 sur 200 Figure 73 : Captures d?écran de la vidéo infrarouge lors de l?essai propagation caisse. Attention, ne pas tenir compte des températures relevées (effet écran de la protection) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 88 sur 200 Figure 74 : Captures d?écran des caméras lors de l?essai de propagation caisse Les photos aprÚs essai sont présentées en Figure 75. De maniÚre similaire aux autres essais, elles permettent de constater que la caisse de module est complÚtement détruite. Des résidus rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées au niveau du sol. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 89 sur 200 Figure 75 : Photos aprÚs l?essai de propagation caisse 9.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 76 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le pad chauffant est allumé 11 min avant que les premiers effets soient observables. Alors que le thermocouple placé sur le pad chauffant enregistre 354°C et que le thermocouple placé à 1 cm du pad (sur le casing du module), censé être plus représentatif de la température interne, atteint 164°C, la réaction débute (788 s). A cet instant, les modules adjacents enregistrent une température maximale de 32°C et l?ensemble des autres modules ont une température de peau à 10°C (température ambiante). Le pad est immédiatement éteint. Une augmentation progressive de la température est enregistrée par les thermocouples placés sur le module 3 pendant 25 s. Alors que le thermocouple placé sur le pad enregistre 660°C une augmentation brutale de la température est enregistrée (817 s), en quelques secondes l?ensemble des thermocouples placés sur le module 3 sont saturés (1200 °C). 3 secondes plus tard, l?ensemble des thermocouples de la caisse du bas sont saturés. Dans la caisse du haut, une augmentation progressive de température se fait ressentir aprÚs une minute de réaction (850 s) et des valeurs aberrantes seront affichées 30 secondes plus tard. Il est trÚs probable que la réaction de la caisse du bas ait affectée l?intégrité des thermocouples, sans que l?on puisse conclure sur les températures de la caisse du haut à partir de cet instant. DÚs lors, les mesures de températures ne sont plus exploitables. La tension du module 3 varie de quelques volts 2 à 3 secondes avant les premiers signes de réaction. Elle décroit ensuite et s?annule 20 secondes plus tard (807 s). Les tensions des modules adjacents s?annulent respectivement 7 et 8 secondes plus tard. Dans la caisse 2, les tensions s?annulent brutalement environ 40 secondes aprÚs les premiers signes de réaction, ce qui correspond à l?intensification de la réaction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 90 sur 200 Figure 76 : Données enregistrées lors de l?essai propagation caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 91 sur 200 Le flux thermique à 3,5 m prend des valeurs conséquentes (> 5 kW/m2) environ 40 s aprÚs le début de la réaction. La Figure 77 présente les enregistrements réalisés par les 4 fluxmÚtres lors de l?essai. Le fluxmÚtre 3 enregistre les valeurs de flux les plus élevées, ce qui est cohérent avec les observations de la vidéo (Figure 74) dans laquelle on constate que les flammes ont tendance à sortir vers l?avant de la caisse, où est positionné le fluxmÚtre 3. Un pic à 18 kW/m2 est ainsi enregistré par le fluxmÚtre 3, 1 min 10 s aprÚs les premiers signes de réaction (860 s). Un pic d?intensité plus faible (14 kW/m2) est enregistré 1 min plus tard. S?en suit une accalmie de la réaction marquant la fin de la réaction de la premiÚre caisse (caisse du bas). 4 min 20 sec aprÚs les premiers signes de réaction, la réaction se réintensifie, signalant le début de la réaction de la caisse du haut. Cette réaction est marquée par 3 pics correspondant à la réaction des 3 modules. Environ 9 min aprÚs le début de réaction, les flux repassent sous les 6 kW/m2 marquant la fin de la phase intense de réaction. Il faudra environ 30 min pour que le flux 3 repasse en dessous de 1 kW/m2. Figure 77 : Flux thermiques enregistrés lors de l?essai de propagation sur caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 92 sur 200 La même dynamique de réaction est observée sur le débit calorifique calculé avec les méthodes calorimétriques OC et CDG détaillées en Annexe 4 et présentées en Figure 78. Les deux courbes sont présentées mais nous préfÚrerons utiliser les résultats du calcul d?OC pour l?exploitation (moins sujet aux variations de coefficients selon le combustible). La valeur maximale de HRR calculée est de 9 MW. A l?issue de la réaction violente, un débit calorifique entre 500 et 1000 kW est enregistré pendant plusieurs dizaines de minutes. En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Les valeurs ainsi calculées sont respectivement 1759 MJ et 2086 MJ selon la méthode choisie, soit environ 12 MJ/kg (en utilisant la perte de masse mesurée (fig. 79)). On rappelle que la chaleur de combustion du bois est de 18 MJ/kg. Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car la combustion du bois, plus lente aura lieu majoritairement aprÚs 10 min. Au total (aprÚs 90 min), ce pouvoir calorifique spécifique est de 13 MJ/kg, en prenant en compte les matiÚres cellulosiques brulées. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Figure 78 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 93 sur 200 La Figure 79 présente enfin la perte de masse au cours de l?essai. La tare de la balance n?a pas été effectuée avant la mise en place de l?échantillon, et le poids initial n?est donc pas exploitable. La perte de masse à la fin de la réaction violente est de 146 kg, ce qui correspond comme lors de l?essai feu à environ 2/3 de la masse des modules. La perte totale de masse mesurée est de 219 kg. La dérivation de cette courbe permet d?obtenir le débit massique qui culmine à 450 g/s 90 sec aprÚs le début de la réaction. La vitesse de combustion surfacique maximale atteint donc 450 g/m²/s et la vitesse moyenne pendant les 9 premiÚres minutes pendant lesquelles les modules réagissent atteint 250 g/m²/s. Figure 79 : Evolution de la masse au cours de l?essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 94 sur 200 9.2.3 Estimation de l?émittance de flamme Le modÚle présenté au paragraphe 7.2.3 est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 2 m de hauteur et de 2 m de diamÚtre au pic de puissance, - un flux radiatif mesuré au niveau du fluxmÚtre situé à 3 m de la flamme de 18 kW/m². L?émittance maximale calculée avec cette méthode est d?environ 180 kW/m². Il est à noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. Une taille de flamme plus petite conduirait à une émittance plus élevée et inversement. 9.3 SynthÚse Le Tableau 6 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 6 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie Les résultats obtenus dans le cadre de cette expérimentation corroborent avec ceux obtenus lors de l?essai de feu englobant (chapitre 8), à savoir des émittances de flammes élevées, une durée d?essai trÚs courte liée à la réaction rapide des modules, des débits calorifiques et températures trÚs élevés. L?ordre de grandeur d?énergie totale libérée est conservé. Date du test Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode CDG/OC) (MJ) Chaleur de combustion (modules seuls) (MJ/kg) Durée de réaction des modules (min) 07/03/2024 6 Pad chauffant sur un module 11 9000 1759/2086 12 9 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Vitesse de combustion moyenne (g/m²/s) Température maximale mesurée par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique (°C) Température moyenne mesurée par la caméra thermique (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) 66 450 250 > 1200 Non mesuré Non mesuré 18 180 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 95 sur 200 10 Influence du sprinklage sur l?incendie Cette sous-partie a pour objectif d?évaluer l?efficacité de l?extinction à eau sur des feux de batteries LMP. Ce moyen d?extinction équipait l?entrepÃŽt de stockage de Grand-Couronne, et a montré une efficacité relativement modérée. Divers documents de la littérature, y compris émis par l?Ineris, questionne l?efficacité que pourrait avoir de l?eau sur un feu impliquant en partie du Li métallique, hydro réactif, conduisant parfois à déconseiller son usage sur des feux de batteries types LMP. Afin d?apporter des éléments de réponse à ces questions, les essais de propagation dans la caisse et de feu englobant autour d?une caisse ont été reproduits en déclenchant le sprinklage en cours de réaction dans l?objectif d?évaluer son effet sur : o Le flux thermique dégagé (HRR et THR), o Les effets de la réaction (projection, ?), o La propagation de l?emballement thermique d?un module isolé, o Les émissions de gaz (traité au chapitre 11). Les protocoles expérimentaux sont identiques à ceux des essais décrits aux paragraphes 8.1 et 9.1. Les seules différences notables sont : - Pour l?essai propagation caisse + sprinklage : o La face avant de la caisse a été retirée pour permettre une meilleure visibilité, o La caméra infrarouge n?a pas été placée derriÚre un écran de protection en revanche les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra, o Des gaines de protections thermiques ont été ajoutées sur les thermocouples et fils de mesure de tension, o Le nombre de thermocouples a été réduit. L?implantation est donnée en Figure 80. Figure 80 : Implantation des thermocouples pour l?essai propagation caisse avec sprinklage - Pour l?essai feu caisse + sprinklage : o La face supérieure de la caisse a été conservée pour permettre d?être représentative par rapport à l?influence que cela pourrait avoir sur le sprinklage. Les modules sont chargés à 100 %. Les photos des montages avant essai sont présentées en Figure 81. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 96 sur 200 Figure 81 : Photos des montages « propagation caisse » et « feu caisse » pour les essais avec sprinklage. Pour ces essais, un systÚme de sprinklage a été mis en oeuvre. En l?absence de données disponibles par ailleurs sur l?extinction à l?eau de ce type d?incendie, les conditions de sprinklage ont été choisies en accord avec Blue Solutions. Les conditions de sprinklage de l?entrepÃŽt1 ont servi de base de réflexion et adaptées dans la mesure où les essais de cette campagne ont lieu sur des caisses isolées et non "protégée" par des racks ou d'autres caisses au-dessus, conduisant à une densité de 7 modules/m². Ainsi, nous avons adapté le débit en divisant par 3 le débit surfacique de référence, soit 30 l/m²/min. 4 têtes ont ainsi été disposées pour couvrir 9 m² de la chambre d'essai conduisant à un débit total dans la chambre d'essai d'environ 300 l/min. Les limites du montage expérimental (pompes, ?) ont conduit à ajuster ce débit à 400 l/min. Aussi, le déclenchement du sprinklage est ici démarré sur la base d?un temps à partir de la premiÚre réaction (1 min 45s et 3 min 10 s) contrairement à l?entrepÃŽt où le déclenchement est fait sur éclatement des têtes. Des représentations schématiques ainsi que des photos de ce systÚme d?extinction sont représentées sur la Figure 82. 1 A titre de comparaison dans l?entrepÃŽt de Grand-Couronne, la protection incendie était composée de têtes de sprinklers k14 (en unité impériale, correspondant à k202 en unité S.I) alimentées par une pression de 5,2 bars, correspondant à un débit surfacique de 102 l/m²/min pour une densité de modules estimée à 20 modules/m². Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 97 sur 200 Figure 82 : Schémas et photo du dispositif d?extinction 10.1 Influence du sprinklage : essai de propagation caisse 10.1.1 .Observations Cet essai a été réalisé le 04/04/2024. Les Figures 83 et 84 présentent des extraits vidéos enregistrés par les caméras classiques et la caméra infrarouge. Cela permet de suivre le déroulé de l?essai. Le pad chauffant est allumé 587 s avant la premiÚre réaction visible d?un module. Hormis la présence de légÚres fumées, aucune évolution n?est visible durant ce laps de temps. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. Le pad chauffant est immédiatement arrêté et la réaction s?intensifie rapidement, conformément au premier essai de ce type réalisé. Environ 1 min 45 s aprÚs les premiers signes de réaction, le sprinklage est déclenché à un débit de 400 l/min. La chambre d?essai se remplit rapidement de vapeur d?eau et empêche une bonne visualisation de la réaction par la caméra. La Caméra IR permet cependant de continuer le suivi. Deux minutes aprÚs le début du sprinklage, la caméra IR permet de visualiser qu?aucun des modules de la caisse du haut n?a réagi. Cette réaction aura finalement lieu 6 min 15 s aprÚs le début du sprinklage et environ 8 min aprÚs les premiers signes de réaction. C?est un gain de plus de 4 min 30 s comparé au premier essai de ce type (le premier module de la caisse du haut avait commencé à réagir à 3 min 30 s aprÚs la réaction du premier module). La caisse du haut finit de réagir environ 13 min aprÚs le début de réaction du premier module et le sprinklage est arrêté 18 min aprÚs son déclenchement (cuves de rétention pleines). A l?issue de l?essai, l?ensemble des modules « réels » ont complÚtement réagi (de maniÚre similaire à l?essai sans extinction) mais certains des casings vides placés sur le cÃŽté gauche des caisses semblent avoir subi un impact thermique limité, ce qui indique un impact positif du sprinklage. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 98 sur 200 Figure 83 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 99 sur 200 Figure 84 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 100 sur 200 10.1.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 85 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le pad chauffant est allumé 9 min 50 s avant que les premiers effets ne soient observables. Alors que le thermocouple placé sur le pad chauffant enregistre 740 °C et que le thermocouple placé à 1 cm du pad (sur le casing du module), censé être plus représentatif de la température interne, atteint 172 °C, la réaction débute (750 s). A cet instant, les autres modules enregistrent une température d?environ 15 °C. DÚs l?amorçage de la réaction, le pad est immédiatement éteint et en quelques secondes, l?ensemble des thermocouples placés sur les modules de la caisse 1 sont saturés (1200 °C). Une centaine de secondes plus tard, les thermocouples de la caisse 2 placés à proximité des modules en réaction sont aussi saturés. DÚs lors, les mesures de températures de la caisse 1 ne sont plus exploitables. Le sprinklage est déclenché à 950 s, 1 min 40 aprÚs le début de réaction, sans que cela n?ait un effet sur la température enregistrée par le TC C2M6, l?un des rares thermocouples de la caisse du haut encore fonctionnels à cet instant. Au moment du déclenchement du sprinklage, toutes les tensions sauf celles du module 4 de la caisse 2 sont nulles, qui s?annulera brutalement 10 s plus tard (perte de la mesure). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 101 sur 200 Figure 85 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 102 sur 200 La Figure 86 présente les températures enregistrées par le thermocouple placé au niveau du dispositif d?extinction (au-dessus des caisses, dans l?air à 6 m de hauteur) et au niveau du bac feu. Le premier permet de constater que le sprinklage est déclenché alors qu?il enregistre une température de 120 °C, compatible avec la valeur seuil d?un systÚme de déclenchement classique. Au moment du déclenchement, une élévation importante et subite de la température est enregistrée. Elle est probablement attribuable au fait que l?arrivée d?eau froide sur la partie basse de la chambre provoque un mouvement des masses d?air chauds vers les parties supérieures. Passée cette élévation brutale, la température refroidit et se stabilise autour de 50°C en une centaine de secondes. Le thermocouple placé sur le bac feu (qui n?est pas allumé lors de cet essai) permet de détecter assez clairement le début de la réaction de la caisse 2. Celle-ci a lieu 650 s aprÚs le début de réaction de la caisse 1 qui a lieu environ 7 min aprÚs le début de réaction (conformément aux observations faites par la caméra IR). Figure 86 : Températures enregistrées par le thermocouple « sprinkler » (positionné à 5 m de haut) et par le thermocouple « bac feu » (positionné à 5 cm du bac feu, sous les caisses de modules) En plus des thermocouples, le pyromÚtre et la caméra thermique permettent de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 87 présente ainsi la température maximale enregistrée par ces deux instruments, en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température atteint en moins d?une minute des valeurs supérieures à 1400 °C. Au déclenchement du sprinklage, la température maximale de la réaction chute rapidement puis se stabilise autour de 500-600 °C. DÚs l?arrêt du sprinklage, la température maximale enregistrée par la caméra thermique remonte à des valeurs proches de 1300 °C (au niveau des résidus en fusion). On notera que le pyromÚtre ne mesure pas cette remontée en température car, suite à l?effondrement des caisses, il pointe la paroi de la chambre d?essais. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 103 sur 200 Figure 87 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas). Les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra. La Figure 88 présente les tensions enregistrées lors de l?essai. La tension du module 2 (module abusé) est logiquement la premiÚre à varier et met environ 1 min à s?annuler. Les tensions des modules 1 et 3 varient dans la minute suivante montrant que ces modules sont rapidement affectés par la réaction de leur voisin. Pour les modules 4, 5 et 6 (caisse du haut), les variations sont ressenties 1 min 30 aprÚs le début de réaction (chutes brutales, remontées, ?). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 104 sur 200 Figure 88 : Enregistrements des tensions lors de l?essai propagation caisse + sprinklage La Figure 89 présente les mesures des fluxmÚtres lors de cet essai. En début de réaction, un pic à 12 kW/m2 est observé, assez conforme à ce qui a été observé lors des essais précédents pour des fluxmÚtres placés de maniÚre similaire. A peine quelques secondes aprÚs l?allumage du sprinklage, cette valeur est, sans surprise, divisée par 5. Il faut noter, que dans ces conditions, cette mesure est affectée par la vapeur et les gouttelettes d?eau formant un écran entre la source et le fluxmÚtre. Le sprinklage est arrêté 18 min aprÚs son allumage et les valeurs de flux radiatifs ne remonteront que trÚs peu (inférieures à 0.5 kW/m2), potentiellement à cause de la fin de l?écrantage des gouttes d?eau. Figure 89 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 105 sur 200 Le débit Calorifique (calculé par OC), présenté en Figure 90, suit la même évolution. Un pic à 9 MW est atteint (identique à l?essai sans sprinklage) et, dÚs que le sprinklage est activé, les valeurs chutent. La chute est cependant moins marquée car ici la mesure n?est pas affectée par l?écrantage des gouttes d?eau ce qui montre que des réactions de combustion ont lieu. Ainsi une minute aprÚs le début du sprinklage, un pic à 6,5 MW est observé correspondant probablement à la réaction du troisiÚme module de la caisse du bas (profil assez similaire à l?essai sans sprinklage (Cf. Figure 78)). Le débit calorifique conserve ensuite une tendance décroissante malgré la présence de quelques pics à 4 MW. 10 min aprÚs le début du sprinklage, le débit calorifique remonte et stagne à 2 MW pendant 1 min. Cela correspond probablement à la réaction de la caisse du haut, qui est semble-t-il globalement moins violente (lors de l?essai sans sprinklage, des valeurs de HRR allant de 4 à 5 MW étaient atteintes lors de la réaction de la caisse du haut). En ce sens, le sprinklage semble bénéfique. Figure 90 : Débit calorifique (calculé par OC) et débit d?eau appliqué lors de l?essai propagation caisse + sprinklage En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Celle-ci est présentée en Figure 91. Seule la courbe OC est analysée, la courbe CDG présentant des dérives liées à l?incertitudes sur les coefficients calorimétriques. Au déclenchement du sprinklage, la valeur de l?énergie dégagée est de 470 MJ. Celle-ci, en prenant comme référence l?essai feu sur module (Figure 56), correspond environ à la réaction de deux à trois modules. Finalement, aprÚs extinction, lorsque la réaction des modules est terminée, 1900 MJ auront été émis, ce qui est trÚs similaire à la valeur obtenue sans sprinklage (1800 MJ). Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car la combustion du bois, plus lente aura lieu majoritairement aprÚs. Au total (aprÚs 90 min), l?énergie totale émise est de 2800 MJ, là aussi trÚs similaire à l?essai sans extinction. Il peut être déduit de ces résultats que l?extinction n?influe pas sur la chaleur totale dégagée par la réaction. Elle influe sur le temps de libération de cette chaleur qui est prolongée. Ces valeurs ne peuvent pas être rapportées à la masse perdue car la perte de masse est totalement faussée par l?aspersion puis l?évaporation d?eau sur le peson. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 106 sur 200 Figure 91 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse + sprinklage 10.1.3 SynthÚse Le Tableau 7 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 7 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie L?émittance maximale n?a pas été calculée car le flux radiatif maximal reçu par le fluxmÚtre est mesuré à un instant où le sprinklage est activé. Ces résultats nous montrent que le sprinklage a influé légÚrement sur la durée totale de réaction des modules (on passe de 9 min à 14 min). Il a également permis de faire chuter les températures autour du foyer. A noter que la température reste élevée et montre que le sprinklage n?a pas contrÃŽlé le feu. Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode OC/CDG) (MJ) Chaleur de combustion (MJ/kg) Durée totale de réaction des modules (min) 6 Pad chauffant sur un module 9.8 min 9000 1924/2300 Non mesuré 14 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique avant le sprinklage (°C) Température moyenne mesurée par la caméra thermique pendant le sprinklage (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Non mesuré Non mesuré > 1200 1400 600 12 Non mesuré Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 107 sur 200 10.2 Influence du sprinklage sur l?incendie : essai feu englobant sur caisse 10.2.1 Observations Cet essai a été réalisé le 16/04/2024. Le feu de la caisse est initié par un feu de propane englobant. Les Figures 92 et 93 présentent des extraits vidéos enregistrés par les caméras classiques et la caméra infrarouge. Cela permet de suivre le déroulé de l?essai. Le feu est allumé 10 min avant la premiÚre réaction visible d?un module. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. La réaction se propage alors au second module (1 min 30 s) puis au troisiÚme module (2 min 20 s), dans un tempo similaire à l?essai feu caisse sans extinction. Le feu est arrêté 2 min 33 s aprÚs que les premiers effets aient été observés, soit quelques secondes aprÚs le début de réaction du 3Úme module. Environ 3 min aprÚs les premiers signes de réaction, le sprinklage est déclenché à un débit de 400 l/min. La chambre d?essai se remplit rapidement de vapeur d?eau et empêche une bonne visualisation de la réaction par la caméra. La caméra IR permet cependant de continuer le suivi. Une minute aprÚs le début du sprinklage, la caméra IR permet de visualiser la réaction du 4eme module. Cette réaction sera la derniÚre et les modules 5, 6 et 7 ne réagiront pas. L?extinction a stoppé la propagation horizontale au sein d?une même caisse. A l?arrêt du sprinklage, 14 min aprÚs son déclenchement, des flammes restent visibles sur la zone impactée (combustion des résidus, du bois ?) mais la réaction est lente. Les modules n?ayant pas réagi ne réagiront pas dans les heures suivant la réaction (destruction des modules 18 h aprÚs essai). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 108 sur 200 Figure 92 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 109 sur 200 Figure 93 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 110 sur 200 10.2.2 Caractéristiques de l?incendie La Figure 94 présente les données enregistrées lors de l?essai. La Figure 95 permet de mieux visualiser les observations faites au moment de la réaction sur les tensions et les thermocouples placés sur les modules. Le feu est allumé 10 min avant que les premiers effets soient observables et est éteint 12 min 40 s aprÚs son allumage. La réaction débute alors que le thermocouple au-dessus du module enregistre 93°C et celui en dessous 154 °C (ayant vu des pointes à 413 °C) (707 s). A cet instant, les autres modules ont une température du dessous (TC2, plus exposés aux variations de la flamme) allant de 280 °C (M7) à 60 °C (M4) et au-dessus (TC1) autour de 100 °C. En quelques secondes, l?ensemble des thermocouples placés sur le module 1 sont saturés (1200 °C). Un peu moins de 2 min plus tard, les thermocouples placés sur le module 2 sont à leur tour saturés (835 s), attestant de la réaction du second module. A 872 s, soit 2 min 45 s aprÚs le début de réaction, le module 3 réagit, indiqué par la saturation des thermocouples positionnés dessus. Le sprinklage est déclenché à 895 s, 3 min 10 aprÚs le début de réaction. Malgré le sprinklage, 4 min 30 aprÚs les premiers signes de réactions et 1 min 20 aprÚs le début du sprinklage (978 s), le module 4 réagit. Les thermocouples placés sur le dessus des modules 5, 6 et 7 ne seront jamais saturés et indiquent une température maximale de 100 °C avant déclenchement de l?extinction et autour de 90°C aprÚs déclenchement de l?extinction (pic trÚs court à 105 °C), confirmant la non-réaction de ces modules. Ces observations sont en accord avec les observations faites en analysant les films de l?essai. Au moment de la réaction, toutes les tensions sauf celle du module 4 sont nulles, car les câbles de mesures ont été détruits par le feu de propane. La tension du module 4 commence à décroitre à 905 s, 10 s aprÚs le début du sprinklage, marquant le début de réaction. Elle s?annule à 960 s quand la réaction s?intensifie, en bonne corrélation avec la perte du thermocouple. Figure 94 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 111 sur 200 Figure 95 : Températures enregistrées par les thermocouples positionnés sous chacun des modules lors de l?essai feu caisse + sprinklage et Tensions enregistrées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 112 sur 200 En plus des thermocouples, le pyromÚtre et la caméra thermique permettent de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 96 présente ainsi la température maximale enregistrée par ces deux instruments, en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température atteint en moins d?une minute des valeurs supérieures à 1400 °C. De maniÚre similaire à l?essai de propagation + sprinklage, au déclenchement du sprinklage, la température maximale de la réaction chute rapidement puis se stabilisent autour de 500-600 °C. DÚs l?arrêt du sprinklage, la température maximale enregistrée par la caméra thermique remonte à des valeurs proches de 900 °C (au niveau des résidus en fusion). Le pyromÚtre ne mesure pas les réactions des premiers modules (il pointe le module 4) et enregistre des valeurs maximales de réaction de ce module, qui a lieu sous extinction, autour de 900 °C. Ces valeurs sont largement inférieures à celles atteintes lors des essais sans extinction. AprÚs réaction du module 4, le pyromÚtre pointe dans le vide et les valeurs ne sont plus représentatives. Figure 96 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 113 sur 200 La Figure 97 propose une extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules. Les numéros des box correspondent aux numéros des modules. De maniÚre générale, la température moyenne sur la face au cours de la réaction est de 1200-1300 C. Cette extraction permet d?estimer les temps de réaction de chaque module, et de visualiser la dynamique de la propagation d?emballement thermique. A partir de l?extinction, les températures ne dépassent pas les 800°C. Sur ces données, la réaction du module 4 est difficilement perceptible. Figure 97 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules La Figure 98 présente les mesures des fluxmÚtres lors de cet essai. En début de réaction, un pic à 13 kW/m2 est observé, assez conforme à ce qui a été observé lors des essais précédents pour des fluxmÚtres placés de maniÚre similaire. A peine quelques secondes aprÚs l?allumage du sprinklage, certains fluxmÚtres enregistrent une nette baisse des flux radiatifs (notamment par l?effet d?écran des gouttelettes d?eaux évoqué sur l?essai précédent) mais deux fluxmÚtres (2 et 5) enregistrent des valeurs croissantes et un pic à plus de 20 kW/m2. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 114 sur 200 Ce comportement est incohérent avec les autres mesures effectuées et il est possible que les fluxmÚtres n?aient pas supporté l?arrosage abondant. Nous préfÚrerons ne pas prendre en compte ces mesures pour la suite des interprétations. Figure 98 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le débit calorifique (calculé par la méthode calorimétrique OC) est présenté en Figure 99. Cette mesure, reposant sur l?analyse des gaz produits de la combustion ne peut pas être biaisée par le sprinklage. Un pic à 5 MW est atteint (identique à l?essai sans sprinklage si l?on retranche les 1.8 MW imputables au feu de propane). Suivant ce pic, deux chutes successives sont observables. La premiÚre d?environ 1,8 MW, imputable à l?arrêt du feu de propane et la seconde d?1 MW au moment du sprinklage. La réaction du module 4 qui a lieu aprÚs l?extinction, provoquera une remontée du HRR à 4 MW, valeur similaire aux essais sans extinction (Figure 68). AprÚs ce pic, les valeurs calculées chutent en quelques minutes et atteignent des valeurs relativement faibles durant le reste de l?essai. En intégrant ces données, il est possible de calculer l?énergie de combustion émise pendant l?essai. Celle-ci est présentée en Figure 99. Au déclenchement du sprinklage, la valeur de l?énergie dégagée par la combustion imputable aux batteries est de 217 MJ (500 MJ ? 283 MJ imputable au feu de propane). Celle-ci, en prenant comme référence l?essai flux radiatif sur module (Figure 56), correspond à la réaction d?un peu plus qu?un module. Au final, aprÚs extinction, lorsque la réaction des modules est terminée, 1100 MJ imputables auront été émis (1342 MJ ? 283 MJ imputable au feu de propane), ce qui correspond à environ 6 modules en prenant la même référence. Cet écart, par rapport aux quatre modules ayant réagi s?explique car la présence des caisses en bois/carton participant à la réaction. Au final, comme dans le cas de l?essai propagation caisse, l?extinction n?influe pas sur l?énergie totale dégagée par la réaction. Elle influe sur le temps de libération de cette énergie qui est prolongée. Les valeurs de chaleur de combustion en MJ/kg ne peuvent pas être évaluées car la mesure de masse est totalement faussée par l?aspersion puis l?évaporation d?eau sur le peson. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 115 sur 200 Figure 99 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 116 sur 200 10.2.3 SynthÚse Le Tableau 8 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 8 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie L?émittance maximale n?a pas été calculée car le flux radiatif maximal reçu par le fluxmÚtre est mesuré à un instant où le sprinklage est activé. Les flammes ne sont alors plus visibles à cet instant. Le sprinklage a permis de réduire l'intensité du feu et ralentir la propagation du feu, la durée totale de réaction des modules ayant passé de 10 min lors du feu sans sprinklage (chapitre 8) à 18 min. Les températures du foyer ont également été atténuées par le sprinklage. Il a de plus permis de stopper la propagation de l?incendie étant donné que dans ce cas, seulement 4 sur 7 modules ont réagi. A noter que la température reste élevée et que le feu n?est pas contrÃŽlé. Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode OC/CDG) (MJ) Chaleur de combustion (MJ/kg) Durée totale de réaction des modules (min) 7 Feu englobant > 100 kW/m² 9.9 5000 1107 Non mesurée 18 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Températures maximale mesurée par la caméra thermique avant le sprinklage(°C) Températures maximale mesurée par la caméra thermique pendant le sprinklage(°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Non mesurée Non mesurée > 1200 >1400 600 18 Non mesurée Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 117 sur 200 10.3 Conclusions sur le sprinklage Le Tableau 9 synthétise les principaux résultats obtenus lors des 5 essais feu. Les températures moyennes pendant le sprinklage sont issues de la caméra thermique qui peut être perturbée par la présence des gouttelettes d?eaux. Tableau 9 : SynthÚse des principaux résultats sur les 5 essais feu. ParamÚtres Unité Feu sur module Feu sur caisse Feu sur caisse avec sprinklage Propagation sur caisse Propagation sur caisse avec sprinklage Chapitre de référence - 6 7 9.2 8 9.1 Date de l'essai - 18/10/2023 22/03/2024 16/04/2024 07/03/2024 04/04/2024 Nombre de modules testés - 1 7 7 6 6 Nombre de modules qui ont réagi - 1 7 4 6 6 Type d'agression - Flux thermique de 10 à 15 kW/m² Feu englobant > 100 kW/m² Feu englobant > 100 kW/m² pad chauffant sur un module pad chauffant sur un module Température d'emballement (ordre de grandeur) °C NM* <200 154 164 172 Durée de l'agression avant emballement du premier module min 15 11 9.9 11 9.8 Débit calorifique maximal kW 2400 5500 5000 9000 9000 Energie totale libérée (modules seuls) méthode OC/CDG) MJ 178/198 1872/2143 1107 1759/2086 1924/2300 Chaleur de combustion MJ/kg NM 10.2 NM 12 NM Perte en masse % NM 66 NM 66 NM Durée totale de réaction des modules min 2.5 10 18 9 14 Vitesse de combustion maximale g/m²/s NM 280 NM 450 NM Vitesse de combustion moyenne g/m²/s NM 185 NM 250 NM Températures maximales mesurées par les TC °C >1200 >1200 >1200 >1200 >1200 Températures maximale mesurée par la caméra thermique °C NM 1615 >1400 NM 1400 Températures moyenne °C NM 1400 NP NM NP Températures moyenne pendant le sprinklage °C NP NP 600 NP 600 Flux radiatif maximal reçu à 3 m kW/m² 11 10 18 18 12 Emittance maximale calculée (ordre de grandeur) kW/m² 170 165-200 NM 180 NM *NM: Non Mesuré Essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 118 sur 200 Les résultats sont trÚs cohérents d?un essai à l?autre. La température d?emballement du premier module est, dans tous les cas, inférieure à 200°C. Les durées d?agression avant emballement sont d?une dizaine de minutes pour les essais sur caisse et de 15 min pour l?essai en virole, le module ne subissant pas directement l?action de l?agression ce qui explique le temps de chauffe supplémentaire. Les débits calorifiques maximaux sont en accord selon le mode d?agression imposé. De l?ordre de 5000 kW pour le feu englobant correspondant à la réaction quasi-simultanée de 2 modules et de 9000 kW pour le pad chauffant correspondant à la réaction simultanée de 3 modules. Le débit calorifique maximal mesuré pour les essais avec feu englobant est plus faible que celui mesuré pour les essais avec pad chauffant car dans le deuxiÚme cas, les modules sont disposés sur 2 niveaux ce qui favorise leur emballement simultané. L?énergie totale libérée est, dans tous les cas, en accord avec le nombre de modules brulés sachant que pour l?essai feu sur caisse avec sprinklage, le refroidissement à l?eau a interrompu la propagation horizontale du feu. Les chaleurs de combustion mesurées dans les cas feu sur caisse et propagation sur caisse sans sprinklage sont en bon accord. Les températures maximales mesurées de l?ordre de 1400-1600 °C mettent en évidence une réaction trÚs violente caractéristique de feux de métaux, éloignées de celles des feux d?hydrocarbures qui culminent entre 1000 et 1200 °C. les émittances évaluées à partir des flux radiatifs maximaux mesurés par les fluxmÚtres mettent en évidence également des flammes trÚs rayonnantes, les émittances étant supérieures encore une fois à celles des flammes de feu de nappe d?hydrocarbures (comprises entre 50 et 100 kW/m² selon l?échelle et la nature de l?hydrocarbure enflammé). De l?essai propagation avec sprinklage sur deux caisses empilées, nous concluons que le sprinklage semble avoir permis de ralentir la propagation entre caisses superposées sans toutefois l?empêcher. Le sprinklage semble aussi avoir un impact positif sur la propagation horizontale au sein d?une même caisse (ce que l?essai suivant confirmera). Cet essai ne permet pas de conclure formellement sur la possibilité de propagation vers une caisse située au-dessous de la caisse en emballement mais les coulées de métal en fusion restant plusieurs dizaines de minutes à plus de 1000 °C laissent penser que le risque de propagation n?est pas à exclure. En termes de violence de la réaction, les calculs de HRR permettent de justifier d?une puissance thermique réduite. En revanche, l?énergie totale dégagée reste identique. De l?essai feu avec sprinklage sur une caisse, nous concluons que le sprinklage a permis d?arrêter la propagation au sein de la caisse. Les valeurs de HRR et d?énergie totale libérée ne semblent en revanche pas être modifiées par rapport à un essai sans extinction. L?extinction à eau, semble donc pouvoir être recommandée sur ce type de feu. Même s?il est clair que cela ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration adaptée (pas plus de deux rangées empilées par exemple), elle peut permettre de ralentir la propagation de l?incendie mais pas forcément de le contrÃŽler. Si elle intervient dans un délai plus long, l?arrêt de la propagation ne peut pas être garanti par les essais réalisés mais elle sera vraisemblablement bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Il y a cependant des contreparties à prendre en compte : la projection de métal en fusion ; la production de gaz toxiques et inflammable (CO, H2, ?). Aussi, une fois la phase intense de l?incendie terminée, il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables (cf. partie 3 : tableau 16, fig. 111 et 112). Il est également recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées (cf. chapitre 11). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 119 sur 200 11 Analyse des effluents gaz, particules et eaux d?extinction 11.1 Méthodes Pour une sélection de 3 essais (flux radiant module, feu caisse et feu caisse + sprinklage), des analyses de gaz et/ou de particules ont été réalisées. Deux types de mesures ont été mises en oeuvre : une analyse en continu par analyse infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR) et analyseurs via un piquage direct dans la gaine de ventilation et un prélÚvement dans un canister (contenant initialement sous vide) à un instant donné pour une analyse complémentaire des composés organiques volatils (COV) et des composés soufrés. Le schéma de principe de cette analyse de gaz et d?aérosols est présenté sur la Figure 100. Des prélÚvements de particules présentes dans les fumées émises ont également été réalisés dans la gaine de ventilation sur filtre et directement sur des grilles en or, adaptées à l?observation par microscopie électronique en transmission (systÚme Mini-Particle Sampler, MPS). Deux types d?analyses ont été réalisées : par impacteur basse pression à détection électrique ELPI+ pour le comptage et la distribution granulométrique des particules en nombre et par Xact 625i Cooper pour l?analyse par rayons X des éléments-traces métalliques dans les particules. Afin d?éviter la survenue de phénomÚnes de condensations et une éventuelle saturation des moyens de prélÚvement ou d?analyse, un diluteur Dekati à double étage de type E-diluter Pro a été déployé en sortie du piquage dans la gaine comme illustré sur la Figure 100 (suivant les essais, le facteur de dilution a été fixé à 25 ou 40) et en amont des moyens de prélÚvement ou d?analyse. Figure 100 : Schéma de principe de l?analyse de gaz/particules Pour les différents essais, les conditions de prélÚvement sont sensiblement différentes et sont récapitulées en Tableau 10. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 120 sur 200 Tableau 10 : Conditions de prélÚvement des gaz Les limites de quantification pour l?analyse des gaz en continu ont été estimées en partant de la limite basse de détection de l?espÚce puis extrapolée en suivant les conditions d?analyses (débit, temps d?échantillonnage, ?). En plus de l?analyse des gaz et aérosols, une analyse des suies à proximité de la source a été mise en oeuvre via le placement de plaques de prélÚvements de vierges, en inox et en eterboard (mélange homogÚne de ciment, de sable et de cellulose), placés dans la chambre avant l?essai (cf. Figure 101) sur 3 types d?emplacements : au sol, sur les murs de la chambre et dans la gaine d?extraction. Les prélÚvements de suie ont été effectués à l?aide de lingettes ensachées imprégnées sur des surfaces définies par des gabarits 10 x 10 cm² (conformément à la note de l?Ineris sur le choix des lingettes de prélÚvements surfaciques2). Seules les suies visibles ont été prélevées, les gros débris présents au sol ont été évacués en renversant délicatement les plaques. Les lingettes ont ensuite été dissoutes par acidification puis l?analyse des métaux a été réalisée en sous-traitance au laboratoire Micropolluants Technologie SA : ? les éléments-traces métalliques par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et le brome par spectrométrie de masse en tandem avec plasma à couplage inductif (ICP-MSMS), ? les éléments S et P par spectrométrie d?émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP-AES), ? les HAP chromatographie en phase liquide haute performance (HPLC) équipés d?un détecteur UV-visible à barrettes de diodes (DAD) et d?un détecteur de fluorescence (FLD), ? les PCDD/F et PCB par chromatographie en phase gazeuse haute résolution (HRGC) couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS). Les résultats sont exprimés en ng par échantillon (i.e. par lingette) et en pg par échantillon en quantité équivalente toxique (TEQ) OMS 20053 dans les rapports d?analyses. A noter que, étant donné les fluctuations de limites de quantification sur la méthode analytique propre aux PCDD/F et PCB, les résultats sont toujours donnés sous la forme d?un intervalle pour ces composés (une valeur minimale supposant l?absence des composés dont la concentration est inférieure à la LQ et une valeur maximale supposant une concentration égale à la LQ). De plus, le prélÚvement par lingette dépend significativement de la composition et des pollutions éventuelles présentes sur le support, ce qui justifie la nécessité de les comparer à des « blancs de surface ». Toutefois, les suies ne sont pas nécessairement réparties de maniÚre homogÚne sur la surface prélevée et le rendement de prélÚvement peut varier significativement en fonction du support et de la substance déposée. Les résultats obtenus sont donc qualitatifs et, bien qu?ils constituent de bons marqueurs de la signature chimique des suies, ils sont à considérer avec prudence. 2 Institut national de l?environnement industriel et des risques, Choix des lingettes à utiliser pour la réalisation de prélÚvements surfaciques lors des accidents industriels, Verneuil-en-Halatte : Ineris 206743 - v1.0, 25/05/2023. 3 Fiche sur les Polychlorodibenzo-p-dioxines et les polychlorodibenzo-p-furanes (PCDD/F), Ineris - 213434 - 2783847 - 0.1 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 121 sur 200 Dans ce but, ils sont comparés entre eux à travers un indicateur numérique calculé comme suit : Indicateur? = log10 ?? ??? où ?? est la concentration du composé ? et ??? est sa limite de quantification Figure 101 : Support de prélÚvement des particules à proximité de l?échantillon Enfin, lors de l?essai d?extinction, des réceptacles vierges ont été positionnés comme indiqués par les cercles rouges sur la Figure 102 afin de collecter les eaux d?extinction souillées par le ruissÚlement sur la caisse incendiée. Figure 102 : Réceptacles de collecte des eaux d?extinction 11.2 Emissions gazeuses 11.2.1 Essai flux radiant sur module Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai flux radiant sur module sont présentés dans le Tableau 11. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 15 min aprÚs le début de la réaction. Le gaz extrêmement majoritaire est le CO2, produit de combustion. Les quantités de CO sont plus de 30 fois inférieures, ce qui atteste d?une combustion bien ventilée. Du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 122 sur 200 En l?absence d?espÚces azotées dans les combustibles et dans les conditions de l?essai où l?oxygÚne est largement disponible et où des températures trÚs élevées sont atteintes, sa formation peut être expliquée par la réaction entre l?oxygÚne et l?azote de l?air dans la flamme selon les équations suivantes impliquant des radicaux (1) et (2) : N2 + O* ? NO + N* (1) N* + O2? NO + O* (2) Du CH4 et du HF sont détectés en quantités relativement faibles et correspondent à des produits de décompositions (notamment du sel de Li fluoré contenu dans l?électrolyte), des matériaux composant le module. Du H2 est détecté en faible quantité et provient probablement de la réaction de Li(m) avec l?eau selon la réaction (3). Compte tenu du feu important, la plupart du dihydrogÚne ainsi formé a dû être brulé. 2 Li(m) + 2 H2O ? 2 LiOH + H2(g) (3) Tableau 11 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai flux radiant sur module. Contribution du bruleur à gaz retranchée Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Méthode CO2 1 14 000 FTIR CO 1 450 FTIR CH4 0,2 6 FTIR H2 0,1 2 Spectro masse HF 1 8 FTIR NO 1 30 FTIR POF3 2 nd FTIR SO2 3 nd FTIR PH3 2 nd FTIR C2H4 1 nd FTIR C2H2 1 nd FTIR CH2O 1 nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 4 nd FTIR HCl 1 nd FTIR HCN 1 nd FTIR HBr 2 nd FTIR C3H4O 1 nd FTIR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 123 sur 200 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 12. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée de quelques secondes, 20 s aprÚs que les premiers effets ont été constatés. Bien que ces analyses soient semi-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 2 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celles présentées pour l?analyse en continu. De cette maniÚre, du SO2 est mesuré, provenant de la décomposition puis oxydation du sel d?électrolyte. Des traces de benzÚne (C6H6) et de propane (C3H8) sont aussi détectés. Tableau 12 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai flux radiant sur module. Le prélÚvement a été réalisé 20 s aprÚs les premiers effets. *Quantité en équivalent toluÚne sauf pour le SO2 Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation de quantité* totale (g) Méthode SO2 10 2700 26 200 3 ATD/GC/MS- FPD C6H6 10 50 485 0,06 ATD/GC/MS- FPD C3H8 10 375 3600 0,44 ATD/GC/MS- FPD H2S 1360 nd - - µGC C3H6O 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD Les Figures 103 à 107 présentent les débits massiques d?une sélection d?espÚces. Sur ces figures, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Conformément à l?analyse de l?essai qui a été faite, le pic d?émission de gaz et donc le pic de la réaction de combustion a lieu environ 18 min aprÚs l?allumage du feu. Deux espÚces se détachent du profil correspondant aux espÚces de combustion, il s?agit de H2 (Figure 106) et HF (Figure 107). L?émission de HF a lieu avec quelques minutes de décalage, elle est maximale à 21 min. L?émission de H2 est, quant à elle, marquée par une longue traine aprÚs son pic, ce qui correspond potentiellement à la réaction des résidus avec l?humidité ambiante Figure 103 : Débit massique CO2 essai de flux radiatif module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 124 sur 200 Figure 104 : Débit massique CO essai de flux radiatif module Figure 105 : Débit massique CH4 essai de flux radiatif module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 125 sur 200 Figure 106 : Débit massique H2 essai de flux radiatif module Figure 107 : Débit massique HF essai de flux radiatif module 11.2.2 Essai feu sur caisse (7 modules) Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai feu sur caisse de module sont présentés dans le Tableau 13. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et, pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 30 min aprÚs le début de la réaction. Le mélange gazeux est assez similaire à celui mesuré lors de l?essai sur module. Les quantités des gaz mesurés sont globalement en accord, moyennant un facteur 7 (correspondant à 7 modules au lieu de 1). Quelques espÚces diffÚrent cependant, à commencer par le CO2 qui est retrouvé en quantité supérieure du fait de la présence de caisse en bois. Le SO2 qui n?avait pas été détecté par l?analyse en ligne est désormais détecté en quantité significative et du HCl est aussi détecté. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 126 sur 200 Tableau 13 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai feu sur caisse Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Facteur d?émission (mg/g) Méthode CO2 2 174 497 943,2 FTIR CO 1 2 007 10,8 FTIR CH4 1 33 0,2 FTIR H2 0.1 42 0,2 Spectro masse HF 1 135 0,7 FTIR NO 2 265 1,4 FTIR POF3 5 nd nd FTIR SO2 6 726 3,9 FTIR PH3 3 nd nd FTIR C2H4 1 nd nd FTIR C2H2 1 nd nd FTIR CH2O 1 nd nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 10 nd nd FTIR HCl 2 79 0,4 FTIR HCN 2 nd nd FTIR HBr 4 nd nd FTIR C3H4O 2 nd nd FTIR Le tableau 14 propose une comparaison de facteurs d?émission pour différents combustibles. Les valeurs des combustibles autres que batteries sont issues de l?étude Ineris « An experimental evaluation of the toxic gas emission in case of vehicle fires »4. En se limitant aux gaz rapportés dans cette étude, les émissions du feu de la caisse de batteries se rapprochent le plus du feu de câbles électriques, avec une quantité relativement faible de CO2 et un rapport CO/CO2 du même ordre de grandeur. Le facteur d?émission du HF est le plus élevé (facteur 7) en comparaison avec le feu de câbles électriques du fait de la présence de Fluor dans les batteries. Les facteurs d?émission des NOx sont supérieurs à ceux du feu de gazole mais inférieurs à ceux des autres combustibles. On notera aussi que certains composés comme le SO2 sont absents de l?étude pour certains combustibles. A noter que ces valeurs ne donnent pas d?information sur l?aspect fumigÚne des fumées. Ces données permettent toutefois, couplées aux caractéristiques de l?incendie, d?estimer les conséquences au travers de la toxicité aigÃŒe. Cette analyse comparative est détaillée au chapitre 11.2. 1 4 An experimental evaluation of toxic gas emissions from vehicle fires, B. Truchot Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 127 sur 200 Tableau 14 : Comparaison des facteurs d'émission de différents combustibles Facteur d?émission [mg/g] Gazole Plastiques Pneus Câble électriques Caisse LMP CO2 2823 2034 1469 728 943 CO 31 20 42 9,1 11 HCl - 2,2 0,2 2,1 0,4 HF - 0,014 0,003 0,11 0,7 NOx 1,2 5 2,8 2,5 1,4 SO2 - - 18 - 3,9 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 15. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée de quelques secondes, 3 min aprÚs que les premiers effets ont été constatés (14 min 30 sec) sur les graphiques de débit massique. Bien que ces analyses soient pseudo-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 9 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celles présentées pour l?analyse en continu. De cette maniÚre, aucun gaz n?est mesuré hormis l?acétone en faible quantité. Plusieurs hypothÚses peuvent expliquer cette quasi-absence d?espÚce : 1. le mélange gazeux a été dilué d?un facteur 50 avant prélÚvement/analyse ; 2. le mélange gazeux n?était pas « riche » au moment du prélÚvement. Si on prend l?exemple du SO2, la Figure 108, montre qu?à ce moment de la réaction, il n?était pas émis (ou en trÚs faible quantité). Tableau 15 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai feu sur caisse. Le prélÚvement a été réalisé 3 min aprÚs le début de la réaction. *Quantité en équivalent toluÚne sauf pour le SO2 Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation de quantité* totale (g) Méthode SO2 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD C6H6 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD C3H8 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD H2S 1360 nd - - µGC C3H6O 10 750 16 700 9 ATD/GC/MS- FPD La Figure 108 présente les concentrations dans la gaine de prélÚvement en fonction du temps d?une sélection d?espÚces. Sur cette figure, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Conformément aux observations faites sur l?essai module, l?émission de HF se fait plutÃŽt en fin de réaction (à partir de 22 min) et l?émission de H2 reste marquée par une traine persistante aprÚs réaction. Aussi le SO2 semble apparaitre systématiquement sur la fin de réaction de chacun des modules de la caisse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 128 sur 200 Figure 108 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse 11.2.3 Influence du sprinklage sur les émissions gazeuses : essai feu + sprinklage sur caisse Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai feu sur caisse de module + sprinklage sont présentés dans le Tableau 16. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et, pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 30 min aprÚs le début de la réaction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 129 sur 200 Les quantités de gaz mesurées lors de l?essai sans sprinklage sont reportées afin de faciliter la comparaison. Ainsi, il apparait que les quantités de CO2 formées sont prÚs de deux fois inférieures, ce qui est en cohérence avec le fait que seulement 4 modules sur 7 ont réagi. La quantité de CO a, quant à elle, doublée malgré la réduction de matiÚre brulée ; cela illustre une réaction de combustion moins bien ventilée. Les gaz inflammables comme H2 et CH4 connaissent, quant à eux, une forte augmentation puisque leur combustion aprÚs formation est moins favorable en présence d?eau. Les espÚces HF, HCl, SO2 sont inférieures à la limite de quantification. Soit leur formation n?a pas eu lieu car les températures étaient inferieures, soit l?action de l?eau empêche leur détection (re condensation, dilution dans l?eau, ?). Enfin, pour la premiÚre fois, PH3 est détectée, assurément portée par la présence d?eau. Tableau 16 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Quantité sans extinction (g) Méthode CO2 2 81 157 174 497 FTIR CO 1 4 489 2007 FTIR CH4 1 90 33 FTIR H2 0,1 424 42 Spectro masse HF 1 nd 135 FTIR NO 2 213 265 FTIR POF3 5 nd nd FTIR SO2 6 nd 726 PH3 3 120 nd FTIR C2H4 1 nd nd FTIR C2H2 1 nd nd FTIR CH2O 1 nd nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 9 nd nd FTIR HCl 2 nd 79 FTIR HCN 2 nd nd FTIR HBr 4 nd nd FTIR C3H4O 2 nd nd FTIR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 130 sur 200 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 17. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée d?environ 1 min, 30 secondes aprÚs que le sprinklage ait été déclenché. Bien que ces analyses soient semi-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 15 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celle présentée pour l?analyse en continu. 9 gaz additionnels sont ainsi détectés, principalement du benzÚne (C6H6), du naphtalÚne (C10H8). La formation du benzÚne est probablement expliquée par une combustion incomplÚte. La présence de naphtalÚne (C10H8) soutient cette hypothÚse. Du SO2 est aussi mesuré en quantité significative. Les autres gaz sont détectés en quantité bien moindre et on notera la présence de thiophÚne (C4H4S), composé organosoufré. Tableau 17 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage. Le prélÚvement est réalisé 30 s aprÚs le début du sprinklage. *Résultats exprimés en équivalent toluÚne, sauf pour le SO2. **Pseudo quantitatif sur 15 min Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation** de quantité* totale (g) (sur 15 min) Méthode SO2 100 4400 97778 88 ATD/GC/MS- FPD C6H6 100 33800 751111 676 ATD/GC/MS- FPD C3H8 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD H2S 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD C3H6O 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD C4H4S 100 130 2889 3 ATD/GC/MS- FPD C8H10 Ethylbenzene 100 250 5556 5 ATD/GC/MS- FPD C8H10 m-xylene 100 270 6000 5 ATD/GC/MS- FPD C8H10 o-xylene 100 110 2444 2 ATD/GC/MS- FPD C8H8 100 400 8889 8 ATD/GC/MS- FPD C8H6O 100 190 4222 4 ATD/GC/MS- FPD C10H8 100 2090 46444 42 ATD/GC/MS- FPD Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 131 sur 200 Les Figures 109 à 112 présentent les concentrations dans la gaine de prélÚvement en fonction du temps d?une sélection d?espÚces. Sur cette figure, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Ces figures permettent de visualiser l?influence du sprinklage sur le mélange gazeux. La Figure 109 présente tout d?abord les quantités d?eau mesurées dans la gaine ainsi que la concentration théorique obtenue seulement comme sous-produit de combustion. Elle permet de bien visualiser le début de l?extinction puisque, dÚs son déclenchement des concentrations mesurées se détachent nettement des concentrations théoriques. L?évolution de la concentration en CO2 est aussi particuliÚrement intéressante à analyser. Dans les premiers instants de la réaction, alors que le sprinklage n?est pas encore activé, les valeurs mesurées atteignent 0,9 % vol dans la gaine, ce qui est trÚs similaire aux résultats obtenus lors du premier essai de ce type (0,8 %vol). DÚs que le sprinklage est déclenché, la valeur de concentration en CO2 chute mais est probablement imputable à la fin de réaction du 3eme module plutÃŽt qu?à l?action de l?eau. Une trentaine de secondes plus tard, les émissions repartent à la hausse, correspondant à la réaction du 4eme module, sans être réellement affectées par le sprinklage en cours. Passées cette réaction, les émissions de CO2 diminuent jusqu?à atteindre une valeur résiduelle d?environ 0,5 % correspondant à la combustion des résidus. Figure 109 : Concentration volumique en H2O théorique et mesurée dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 132 sur 200 Figure 110 : Concentration volumique en CO2 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage L?extinction se fait nettement plus ressentir sur les gaz minoritaires. En effet, comme présentée en Figure 111, dÚs les premiers instants de l?extinction, la combustion est moins bien ventilée et l?émission de CO est multipliée par plus de 10. Les concentrations en H2 et CH4 bondissent également (x 20) portées, soit par une plus grande production issue d?une réaction d?un composé avec l?eau, soit moins consommées aprÚs sa production par la réaction de combustion. Les émissions de NO sont, elles, peu affectées par l?aspersion d?eau. Enfin, la Figure 112 présente la concentration en phosphine mesurée dans la gaine. Bien que le signal soit trÚs bruité, une premiÚre émission est visible au moment du déclenchement de l?extinction et une seconde phase d?émission est plus clairement visible à la fin de la phase violente de réaction. La concentration reste limitée à environ 4 ppm mais la forme de la courbe, débutant à la fin de la réaction violente et commençant sa décroissance au moment de l?arrêt de l?extinction suggÚre que le PH3 est le produit de la réaction d?un composé formé pendant la réaction et de l?eau. Une étude plus approfondie afin d?expliquer la formation de phosphine est proposée dans la partie « Etude des résidus d?essais ». Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 133 sur 200 Figure 111 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 134 sur 200 Figure 112 : Concentration volumique en PH3 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage En conclusion, le sprinklage modifie sensiblement le mélange gazeux émis ; même s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF) tandis que de la phosphine (PH3), du benzÚne (C6H6) et de nombreux hydrocarbures ont été détectés dans ces conditions. 11.3 Emissions particulaires Afin de faciliter l?interprétation des résultats d?analyse de particules, les émissions particulaires présentes dans les fumées, susceptibles d?être entrainées sur de longues distances avant de resédimenter sont traités en 10.3.1. Elles seront distinguées des particules, généralement plus grosses projetées à proximité de l?échantillon et généralement associées à une source potentielle de pollution des sols ou des eaux. Ces particules sont traitées en 10.3.2. 11.3.1 Particules dans les fumées 11.3.1.1 Essai flux radiant sur module L?analyse ELPI+ permet de mesurer le diamÚtre médian (GMD) des particules aspirées dans la conduite ainsi que le flux de particules. La Figure 113 permet ainsi de constater que la majeure partie de l?émission d?aérosol est trÚs courte et dure environ 2min30, coïncidant avec le temps de réaction du module. Sur cette période, le diamÚtre « médian » (GMD = Exp[? ni × ln(Di)/N]) augmente nettement par rapport à la phase d?allumage et atteint 189±24 nm. Le flux de particules lors du pic d?émission est d?environ 6.1014 particules/s. Afin d?estimer un ordre de grandeur en masse, nous pouvons proposer de prendre une hypothÚse forte et approximer que l?ensemble des particules sont des sphÚres de 200 nm de diamÚtre avec la masse volumique entre celle de l?aluminium et du lithium (espÚces métalliques les plus représentés sur l?analyse du filtre). Cela mÚne à un flux massique particulaire de 4 g/s. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 135 sur 200 Figure 113 : DiamÚtre médian et flux de particule mesuré par ELPI + (facteurs de dilution du diluteur et de la gaine pris en compte) L?ELPI + permet également de remonter à une distribution granulométrique des particules, présentées en Figure 114. Afin de distinguer les émissions sur l?ensemble de la durée de prélÚvement et celles au moment de la réaction, deux distributions ont été représentées : en bleu, la distribution sur le temps de prélÚvement sur filtre et, en orange, la distribution spécifique au pic d?émission. Au moment de la réaction, la population la plus représentée à un diamÚtre d?environ 129 nm et certaines particules ont un diamÚtre dépassant légÚrement le micron. Figure 114 : Distribution granulométrique des particules lors de l?essai flux radiant sur module mesuré par ELPI + Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 136 sur 200 Les analyses MET des particules prélevées par MPS (Mini Particle Sampler) et présentées sur la Figure 115 et la Figure 116 sont en accord avec les tailles de particules mesurées par ELPI+ (même si le diamÚtre aérodynamique (mesuré par un impacteur) est différent du diamÚtre optique (mesuré par MET) et sont donc difficilement comparables). L?analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d?énergie (EDX) des amas sombres de plusieurs microns montre qu?ils sont composés majoritairement de phosphore et d?oxygÚne. Les particules claires sont probablement des résidus organiques, allant de quelques nm à quelques microns. Des particules métalliques isolées (Al, Fe) de l?ordre du micron ont également été trouvées sur la grille. On notera que le Li n?est pas mesurable par EDX (d?où son absence notoire) et que les ronds au motifs réguliers de diamÚtre 1 µm sont les trous de la grille de prélÚvement. Figure 115 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 20 et 40 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module Figure 116 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 40 et 50 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 137 sur 200 Pour compléter ces analyses, un analyseur par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) dans les aérosols a été connecté au diluteur (×25) des émissions collectées dans la gaine d?extraction des fumées. Sa résolution temporelle minimale est de 5 min, trÚs longue compte-tenu de la durée du pic d?émission. Il est calibré pour les éléments suivants : Al, As, Ba, Br, Ca, Cd, Cl, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, K, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Sb, Se, Sn, Sr, Ti, V, Zn et W. Les résultats de cette analyse sont présentés en Figure 117. Les éléments Br, Ca, Cr, Cs, Fe, Mo, Ni, V et Zn sont nettement supérieurs à la limite de détection (pointillés noirs visibles pour le graphique de la concentration en Ca par exemple). Seules les émissions de Br, Ca, Fe, Ni et Zn correspondent temporellement au pic d?émissions d?aérosols. Les autres pics pourraient provenir d?un relargage propre à la chambre d?essai et à la chaine de prélÚvement dans la gaine d?extraction. Le Fe reste l?espÚce trÚs majoritairement détectée (provenant probablement de la cathode) et la provenance des autres espÚces (Br, Ca, Ni et Zn) détectées dans une moindre mesure reste à établir (retardateurs de flammes bromés, etc.). L?absence d?émissions As, Cd et Pb (métaux réglementés dans l?air ambiant) est à noter. Pour As et Pb, les résultats sont bien en accord avec les prélÚvements réalisés sur filtre (présentés dans le Tableau 18, le Cd n?a pas été analysé sur filtre). On notera que l?absence de détection de l?aluminium peut être expliquée par une limite de détection trÚs élevée de l?Xact 625i et que le lithium n?est pas détecté par fluorescence X. Figure 117 : Analyse par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) lors de l?essai de flux radiant sur module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 138 sur 200 Les résultats d?analyse élémentaire5 du prélÚvement dans la gaine d?extraction des fumées, sur un filtre quartz est présenté dans le tableau 18. Ce prélÚvement a été réalisé sur 22 min et inclut donc une partie des émissions du bruleur. Les concentrations ont été corrigées du facteur de dilution de 25. Le filtre présente un enrichissement marqué en lithium et en phosphore ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre et en fluor. En supposant que l?émission de Li et P n?ait lieu qu?au moment de la réaction (soit 2 min 30) durant le pic d?émission, le prélÚvement du pic a été lissé d?un facteur 9 compte tenu de la durée de l?échantillonnage intégratif. Les concentrations lors du pic peuvent donc être estimées à environ 217 mg/m3 pour Li et 86 mg/m3 pour P. Une approximation de la quantité totale émise lors du pic peut être obtenue en multipliant ces concentrations par les 1 500 m3 d?air qui ont été aspirés dans la gaine d?extraction durant ces 2 min 30. On obtient ainsi 320 g de Li et 130 g de P. Le soufre semble détecté en quantité relativement élevée mais la mesure réalisée sur le blanc ne permet pas de proposer une pseudo quantification. Aussi, le blanc est trop chargé en fer et en aluminium pour que leur mesure sur l?essai soit représentative. Pour pallier ce problÚme, les prélÚvements sur filtre ont été réalisés sur des supports en PTFE dans les essais suivants (à l?exception du fluor, prélevé nécessairement sur quartz). A noter que l?absence d?arsenic et de plomb dans le prélÚvement sur filtre est en accord avec les mesures précédentes. Tableau 18 : Analyses élémentaires des prélÚvements sur filtre quartz lors de l?essai flux radiant module 11.3.1.2 Essai feu caisse La Figure 118 présente les résultats des mesures réalisées avec l?ELPI+ lors de l?essai feu sur une caisse de 7 modules. Le flux de particules suit le même profil que les pertes massiques ou que le HRR mesuré lors de cet essai et présenté ultérieurement. Il est possible d?y suivre la réaction des 7 modules et certains pics correspondent à la réaction de deux modules en simultané. Ainsi, le flux de particules connait des maximums locaux autour de 6.1014 particules/s, identiques à ce qui a été mesuré sur module seul et certains pics dépassent cette valeur atteignant plus de 9.1014 particules/s. Comme déjà identifiée sur les paramÚtres de combustion, la majeure partie de l?émission d?aérosol dure environ 11 min 30 sec. Sur cette période, le diamÚtre « médian » (GMD = Exp[? ni × ln(Di)/N]) augmente également par rapport à la phase d?allumage mais n?atteint que 81±5 nm, soit 100 nm environ de moins que lors de l?essai sur du module seul. 5 L?analyse ne donne pas de précision sur l?état du métal (oxidé ou autre) dans les aérosols. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 139 sur 200 / Figure 118 : DiamÚtre médian et flux de particules mesuré par ELPI + lors de l?essai feu caisse L?ELPI + permet également de remonter à une distribution granulométrique des particules, présentée en Figure 119. Afin de distinguer les émissions sur l?ensemble de la durée de prélÚvement et celle au moment de la réaction, deux distributions ont été représentées : en bleu, la distribution sur le temps de prélÚvement sur filtre et, en orange, la distribution spécifique au pic d?émission. Au moment de la réaction, la population la plus représentée a un diamÚtre d?environ 41 nm et quasiment aucune particule n'a un diamÚtre dépassant le micron. Les particules dans les fumées émises lors de cet essai sont donc plus petites que celles observées sur l?essai module seul. Cela peut provenir de la dilution plus importante dans la chaine de prélÚvement (environ un facteur 4 compte tenu de la ventilation et du diluteur) ou d?une combustion plus intense fournissant moins d?aérosols organiques, et donc une fraction d?aérosols minéraux plus importante. Figure 119 : Distribution granulométrique des particules mesurées par ELPI+ lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 140 sur 200 Les analyses MET des particules prélevées par MPS sont présentées en Figure 120. Une partie de ces particules ont une forme sphérique d?environ 0,5 µm. Une population de particules de forme allongée est aussi observée. Une analyse EDX globale a été réalisée mais les particules se dégradent sous l?intensité du faisceau. Le carbone et l?oxygÚne sont caractérisés par EDX. L?ensemble de ces éléments permet d?attribuer une origine organique à ces particules. On notera que lors de cet essai, les prélÚvements MPS étaient trop chargés pour une analyse EDX approfondie. A noter que cette analyse est qualitative : elle n?est pas représentative de la densité moyenne des aérosols émis lors de l?essai, ce qui peut aussi expliquer les différences entre la taille observée par MET et celle mesurée par ELPI+. Enfin comme déjà évoqué, le diamÚtre aérodynamique (mesuré par ELPI) est différent du diamÚtre optique (mesuré par MET), ils sont donc difficilement comparables. Figure 120 : Observation MET des prélÚvements effectués lors de l?essai feu caisse. PrélÚvement effectué en 10 s, 3 min aprÚs le début de réaction. Les résultats d?analyse élémentaire du prélÚvement dans la gaine d?extraction des fumées, sur un filtre quartz est présenté dans le tableau 19. Ce prélÚvement a été réalisé sur 25 min et inclut donc une partie des émissions du bruleur. Les concentrations ont été corrigées du facteur de dilution de 50. Pour rappel, suite au retour d?expérience de l?essai sur module seul, les éléments ont été prélevés sur un filtre PTFE pour diminuer les valeurs de blanc de support (sauf pour le fluor, toujours prélevé sur un filtre quartz). Les filtres présentent un enrichissement marqué en lithium, en phosphore et en fluor ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre, fer et aluminium. En supposant que l?émission de Li et P n?ait lieu qu?au moment de la réaction (soit 11 min 30) durant le pic d?émission, le prélÚvement a été lissé d?un facteur 2,16. Les concentrations estimées sont donc d?environ 136 mg/m3 pour Li et 107 mg/m3 pour P. Une approximation de la quantité totale peut être obtenue en multipliant ces concentrations par les 15 300 m3 d?air qui ont été aspirés durant ces 11 min 30. On obtient ainsi 2 kg de Li et 1.6 kg de P soit 286 g de Li et 229 g de P par module, ce qui est cohérent, en ordre de grandeur, avec l?essai sur module seul (respectivement 316 et 125 g) et conforte une émission à la chaine des modules comme observé sur l?évolution temporelle en nombre de particules. Le soufre est détecté en quantité relativement élevée et se détache cette fois plus clairement du blanc. Une semi-quantification donne un flux estimé de 26 mg/m3, une masse totale de 400 g soit environ 60 g par module. Contrairement au 23/11/23, la mesure du fer et de l?aluminium est nettement supérieure au niveau du blanc de support et est bien représentative de l?essai. L?absence de plomb est confirmée et l?analyse de l?arsenic n?a pas été réitérée. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 141 sur 200 Tableau 19 : Analyse élémentaire des prélÚvements sur filtre PTFE et quartz lors de l?essai feu caisse 11.3.2 Suies projetées à proximité de l?échantillon (gaine d?extraction, parois et sol) 11.3.2.1 Essai flux radiant module Comme décrit dans la partie méthode, des supports de prélÚvements ont été disposés en divers points de la chambre afin de déterminer de maniÚre qualitative les meilleurs traceurs des émissions. Les résultats des analyses élémentaire de ces prélÚvements sont présentés en Figure 121. Il ressort que les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et enfin, les prélÚvements sur les parois. Les meilleurs traceurs des émissions sont, de loin, le lithium et le fluor. Du cobalt, de nickel et enfin, du manganÚse, sont détectés en quantités significatives sans que l?on puisse expliquer leur présence autrement que par la contamination préexistante de la chambre. Le phosphore, le fer et l?aluminium sont aussi clairement détectés, provenant des matériaux constituant des modules. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 142 sur 200 Figure 121 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai flux radiant module En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 122 et 123 pour les PCDD/F et les PCB et sur le Tableau 20 pour les HAP. Figure 122 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai flux radiatif module. Pour les PCDD/F et PCB, les teneurs sur les parois et sur la partie canalisée sont, en moyenne, légÚrement supérieures à celles des blancs de surface. L?analyse des PCDD/F n?est pas valide sur les supports eterboard pour cause de blancs de surface trÚs élevés. Le détail de traceurs PCDD/F et PCB analysés est donné en Figure 123. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement le PCB 157 et, dans une moindre mesure, les PCB 126 et 169. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 143 sur 200 Pour les PCDD/F, les traceurs seraient 2,3,4,6,7,8 HxCDF et 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,4,7,8,9 HpCDF et 1,2,3,7,8,9 HxCDF. Les furanes sortent en moyenne nettement du fond sur les parois et dans la gaine d?extraction tandis que les dioxines ne se détachent nettement du fond que sur les parois. Figure 123 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai flux radiant module Enfin, une analyse des HAP a été réalisée sur les mêmes prélÚvements. Les résultats sont récapitulés dans le Tableau 20 . Aucun HAP n?a dépassé les limites de quantification, ce qui pourrait s?expliquer avec les hautes températures de flammes observées. Tableau 20 : Analyse des HAP lors de l?essai flux radiant module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 144 sur 200 11.3.2.2 Feu caisse Comme lors de l?essai sur module isolé, l?analyse des métaux présentée en Figure 124 révÚle que, en moyenne, les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et enfin, les prélÚvements sur les parois. Néanmoins, les teneurs semblent moins marquées que lors de l?essai sur module isolé. Le meilleur traceur de ces émissions est, de loin, le lithium, puis viennent le fer, l?aluminium, le fluor, le phosphore et le cuivre. Dans une moindre mesure, le nickel, le manganÚse, le cobalt et le plomb sont détectés et attribués à une contamination préalable de la chambre. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Figure 124 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 125 et 126 pour les PCDD/F et les PCB et sur le tableau 21 pour les HAP. Pour les PCDD/F et les PCB, les prélÚvements au sol donnent des teneurs assez faibles contrairement aux résultats obtenus pour les métaux. En moyenne, les teneurs sur les parois et la partie canalisée sont supérieures au blanc de surface. Ce contraste est plus significatif que lors de l?essai sur module seul. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 145 sur 200 Figure 125 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai feu caisse. Le détail des traceurs analysés est donné en Figure 126. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement les PCB 126, 114, 167 et 123. Le PCB 156 pourrait également être un bon traceur mais il est difficile de conclure compte tenu d?une teneur élevée sur le blanc de surface. Le PCB 157 est nettement moins présent que lors de l?essai du 23/11/2023. Pour les PCDD/F, les traceurs seraient principalement 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,7,8,9 HxCDD et 2,3,4,7,8 PeCDF et 2,3,7,8 TCDF. En moyenne, les furanes sont plus représentés que les dioxines. Les traceurs communs avec l?essai précédent sont les PCB 126 et le 1,2,3,4,7,8 HxCDF. Figure 126 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse Les résultats de l?analyse des HAP réalisée sont récapitulés dans le tableau 21 et, comme pour l?essai sur module seul, aucun HAP n?est quantifié. Encore une fois, cela pourrait s?expliquer avec les hautes températures de flammes observées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 146 sur 200 Tableau 21 : Analyse des HAP lors de l?essai feu caisse 11.3.2.3 Feu caisse + sprinklage Comme lors des essais précédents, l?analyse des métaux présentée en Figure 127 révÚle que, en moyenne, les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et les prélÚvements sur les parois de contribution similaire. Les teneurs sont nettement plus marquées que pour les deux essais précédents. Les meilleurs traceurs des émissions sont le fer, l?aluminium et le lithium. Le lithium se démarque moins des blancs de surface dans cet essai probablement à cause d?un nettoyage insuffisant des plaques de prélÚvement. Le fluor, le phosphore et le cuivre sont également d?excellents traceurs. Le nickel, le manganÚse et, dans une moindre mesure le plomb et le cobalt sont détectés mais sont associés à une pollution de la chambre. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 147 sur 200 Figure 127 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse + sprinklage En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 128 et 129 pour les PCDD/F et les PCB et sur le Tableau 23 pour les HAP. Pour les PCDD/F et les PCB, les prélÚvements au sol donnent des teneurs assez faibles contrairement aux résultats obtenus pour les métaux. Pour les PCB, en moyenne, les teneurs sur les parois et la partie canalisée sont supérieures au blanc de surface Figure 128 : Analyse des PCB et PCDD/F lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le détail des traceurs PCB et PCDDD/F est donné en Figure 129. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement le PCB 126, 169, 157 et 156 ; les PCB 81 et 114, également, mais ces 2 PCB n?ont été détectés que dans la partie canalisée, et non sur les parois. Pour les PCDD/F, les traceurs seraient principalement 1,2,3,7,8,9 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,7,8 PeCDD et 2,3,7,8 TCDF et 1,2,3,7,8 PeCDF. En moyenne, les furanes sont plus représentés que les dioxines. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 148 sur 200 Figure 129 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le tableau 22 propose une comparaison des traceurs PCB et PCDD/F identifiés lors des trois essais. Les traceurs communs avec l?essai précédent sont : - les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169, - le 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, le 2,3,7,8 TCDF. Les traceurs communs avec le 1er essai sont : - les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169, - le 1,2,3,7,8,9 HxCDF et, dans une moindre mesure, le 2,3,7,8 TCDF. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 149 sur 200 Tableau 22 : Comparaison des traceurs sur les 3 essais. Les résultats de l?analyse des HAP réalisée sont récapitulés dans le tableau 23 et, comme pour l?essai sans extinction, aucun HAP n?est quantifié, bien que les températures observées par caméra IR soient inférieures lors du sprinklage. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 150 sur 200 Tableau 23 : Analyse des HAP lors de l?essai feu caisse + sprinklage 11.4 Analyse des eaux d?extinction Si l?extinction à l?eau a permis de ralentir, voire de stopper la propagation de la réaction, les eaux utilisées peuvent être contaminées en divers polluants. Sans que cette analyse soit le but premier des essais faisant l?objet de ce rapport, une rapide étude qualitative de la contamination des eaux d?extinction est proposée. Les méthodes de prélÚvement sont décrites précédemment dans la partie méthode. Les résultats de l?analyse élémentaire présentés dans le tableau 24 permettent de constater que les eaux d?extinction sont trÚs fortement enrichies en Li, Al, Fe, P et F. Le principal marqueur reste, le Li. On note un enrichissement beaucoup plus faible en d?autres espÚces tels que S, Cu, Ni, Mn, et Co. Cet écart s?explique pour le S et le Cu par la faible quantité de ces espÚces présentes dans les matériaux des batteries et pour Ni, Mn, Co, par une pollution de la chambre d?essai suite à de précédents essais sur batteries Li-ion NMC. Canalisé inox Sol inox Blanc de surface inox Composés Naphtalene < 10 < 10 < 10 Acenaphtene < 10 < 10 < 10 Fluorene < 10 < 10 < 10 Phenanthrene < 10 < 10 < 10 Anthracene < 10 < 10 < 10 Fluoranthene < 10 < 10 < 10 Pyrene < 10 < 10 < 10 Benzo(a)anthracene < 10 < 10 < 10 Chrysene < 10 < 10 < 10 Benzo(e)pyrene < 10 < 10 < 10 Benzo(j)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(b)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(k)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(a)pyrene < 10 < 10 < 10 Dibenzo(ah)anthracene < 10 < 10 < 10 Benzo(ghi)perylene < 10 < 10 < 10 Indeno(123cd)pyrene < 10 < 10 < 10 Acenaphtylene < 10 < 10 < 10 ng/échantillon Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 151 sur 200 Tableau 24 : Analyse élémentaire des eaux d?extinction Les résultats de l?analyse des espÚces organiques de type PCB et PCDD/F présentées en Figure 130 ne montrent aucune différence significative entre l?eau de référence utilisée en sprinklage (blanc) et les eaux d?extinction sur les PCDD/F et PCB. Figure 130 : Analyse des PCDD/F and PCB dans les eaux d?extinction Enfin, le tableau 25 présente les résultats d?analyse en HAP. Contrairement aux résultats des analyses de suies présentés précédemment, des quantités significatives de HAP sont mesurées dans les eaux d?extinction. Elles sont nettement plus élevées que les valeurs de fond moyennes proposées dans le rapport « Valeurs de fond en situation post-accidentelle pour les milieux sol, eau et air » référencé Ineris ? 203892 ? 2714224 ? v2.0. Les méthodes de prélÚvement proposées sur cet essai rendent toutefois une interprétation quantitative difficile mais ces espÚces devront être surveillées en situation post-accidentelle ou lors d?essais visant à analyser précisément la contamination des eaux d?extinction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 152 sur 200 Tableau 25 : Analyse des HAP dans les eaux d?extinction Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 153 sur 200 12 Discussion 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion Afin de mettre en perspective les grandeurs mesurées dans cette étude, nous proposons de comparer certaines valeurs caractéristiques comme le débit calorifique ou la chaleur totale libérée aux valeurs classiquement obtenues pour la technologie de batterie Li-ion. Pour commencer, la chaleur totale libérée lors de l?emballement thermique (chaleur de combustion par abus de langage) est un bon indicateur pour comparer différentes technologies car elle dépend principalement des matériaux constituant la batterie et peu du mode de réaction. Ainsi les valeurs mesurées pour les batteries LMP testées dans cette étude sont de 200 à 300 MJ par module soit 28 kJ/Wh à 43 kJ/Wh. Il faut noter que cette valeur est obtenue pour un module mais qui dans le cas de l?architecture choisie par Blue Solutions pourrait tout aussi bien être considérée comme une seule cellule de 7 kWh du fait de l?absence de contenant isolant chacun des EC (cf. définition IEC6). En comparaison, l?énergie de combustion mesurée à l?Ineris sur des pouch cell NMC de 330 Wh7, assez réactives, est de 18 kJ/Wh. De maniÚre plus générale, sur l?ensemble des essais réalisés à l?Ineris dans des conditions de mesures trÚs similaires à celles de la présente étude, la valeur moyenne du débit calorifique observé sur des cellules NMC est de 20 kJ/Wh. D?autres valeurs sont disponibles dans la littérature et regroupées par Rappsilber et al. sur la Figure 1308. Ces valeurs concernent des cellules de différentes chimies et géométrie et ont été obtenues lors d?essais calorimétriques consistant à bruler entiÚrement la cellule, et à mesurer l?intégralité de la chaleur émise, ce qui est majorant en comparaison avec les essais de la présente campagne. En conclusion, l?énergie de combustion spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure en comparaison avec ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris sur des cellules NMC. Un autre paramÚtre critique pour les effets thermiques est le débit calorifique (HRR en anglais). Dans cette étude, des valeurs de l?ordre de 500 W/Wh ont été mesurées pour la combustion d?un module. En comparaison, les valeurs obtenues à l?Ineris sur des pouch cells NMC de 330 Wh sont de 760 W/Wh. De maniÚre plus générale, sur l?ensemble des essais réalisés à l?Ineris dans des conditions de mesures trÚs similaires à celles de la présente étude, la valeur moyenne du débit calorifique observé sur des cellules NMC est généralement comprise entre 450 et 650 W/Wh. D?autres valeurs sont disponibles dans la littérature et regroupées par Rappsilber et al. sur la Figure 131. Ces valeurs concernent des cellules de différentes chimies et géométries et ont été obtenues dans des conditions légÚrement différentes. Les valeurs semblent toutefois en adéquation avec ce qui a pu être mesuré dans cette campagne. 6 Définition du mot CELL selon l?IEC (Area 482 ?Primary and secondary cells and batteries?, IEV 482-01-01 ?Cell?): basic functional unit, consisting of an assembly of electrodes, electrolyte, container, terminals and usually separators, that is a source of electric energy obtained by direct conversion of chemical energy. https://electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=482-01-01 7 Projet SafeLiBatt. Rapport en cours de publication. 8 Rappsilber T, Yusfi N, KrÃŒger S, Hahn S-K, Fellinger T-P, Krug von Nidda J, et al. Meta-analysis of heat release and smoke gas emission during thermal runaway of lithium-ion batteries. Journal of Energy Storage. 2023;60:106579 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 154 sur 200 Figure 131 : Débit calorifique libéré par type de cellule et format AprÚs avoir rapporté et comparé les valeurs de débit calorifique à des cellules et montré qu?il n?y a pas de différence fondamentale entre les deux technologies (Li-ion et LMP), il faut s?intéresser à une comparaison à l?échelle du module. C?est à cette échelle que les choix d?ingénierie se font particuliÚrement ressentir, notamment via la maîtrise du phénomÚne de propagation entre éléments unitaires (cellules). Dans cette étude, des valeurs de l?ordre de 500 W/Wh ont été mesurées pour la combustion d?un module, qui est en fait la brique unitaire pour la technologie LMP de Blue Solutions. L?expérience de l?Ineris sur des modules automobiles donne généralement des valeurs avoisinant 100 W/Wh tandis que la littérature9 donne des valeurs proches de 250 W/Wh. On remarque que pour le Li-ion, ces valeurs sont inférieures à celles mesurées à l?échelle cellule puisque la propagation entre cellule se fait plus lentement que la propagation de la réaction en interne d?une cellule. A cette échelle, un net écart se creuse donc en défaveur des modules LMP Blue Solutions, non pourvus de séparation physique entre les éléments du module (7 kWh) qui permettrait de ralentir la propagation et limiter la quantité de matériaux réagissant simultanément. Si l?on prend en compte maintenant les conditions de stockage, un article récent de la littérature10 modélise un feu de caisse en entrepÃŽt avec une valeur de HRR autour de 2 MW. Dans cette campagne d?essais un feu d?une caisse de modules LMP a conduit à des pics de HRR entre 5 et 9 MW. Outre la chaleur de combustion et le débit calorifique, d?autres caractéristiques de la réactivité de ces batteries ont été observées lors de cette campagne d?essais et sont cruciales en termes d?évaluation des risques. Certaines se différencient nettement de ce qui peut être observé sur des batteries Li-ion dont notamment : 9 S. Kang et al., Full-scale fire testing of battery electric vehicles, Applied Energy 332 (2023) 120497 10 Y. Cui et al. , Numerical study on the fire and its propagation of large capacity lithium-ion batteries under storage, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (2023) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 155 sur 200 - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module n?entre en réaction violente. La réaction est quasi instantanée et trÚs violente ; - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; - Des températures trÚs élevées sont observées (1615 °C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement et donc la propagation peut affecter la tenue des structures métalliques ou bêton ; - Des coulées de métal/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol ; - Le mélange gazeux observé n?est pas inflammable contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Li-ion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réactions fumigÚnes sans feu violent parait impossible. En revanche, l?extinction à l?eau peut éventuellement générer des gaz inflammables et/ou pyrophoriques ; - Les résidus de combustion restent réactifs, émetteurs de gaz toxique/inflammables/pyrophorique au contact de l?eau et sujet à la ré-inflammation. Ceci peut compliquer le traitement post-accidentel. 12.2 Scénario d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP 12.2.1 Comparaison avec un feu de caisse « standard » (1510) et d?un feu de batteries Li-ion tel que discuté pour Flumilog La Figure 132 compare le débit calorifique associé à l?incendie d?une palette 1510 à celui d?une caisse composée de 7 modules LMP issu de l?essai réalisé le 22/03/2024 (Chapitre 8). Il s?agit de l?essai le plus représentatif d?un feu de caisse de modules LMP prise dans un incendie. Le débit calorifique de la palette 1510 est issu des travaux Flumilog11. Elle concerne une palette standard de volume 1,44 m3 (L x l x h = 1,2 x 0,8 x 1,5 m3) alors que le volume de la caisse est seulement de 400 L. On rappelle que le SOC des modules utilisés pour les essais était de 100 %, tel que déclaré par Blue Solutions. Pour les modélisations présentées en figure 132.133 et 134, servant à comparer les feux d?un « entrepÃŽt type » rempli de différents types de palettes (1510 classique, batteries Li-ion NMC, batteries LMP), l?outil Flumilog a été utilisé et plusieurs hypothÚses sont prises, résultant à des résultats « enveloppes » ou majorants, utiles pour la réglementation. La principale hypothÚse réside dans une cinétique de propagation particuliÚrement rapide, dans l?objectif d?avoir la masse la plus importante possible impliquée dans l?incendie. En effet, en cas de cinétique trop lente, les premiÚres palettes seraient éteintes à l?inflammation des derniÚres, conduisant à une moindre puissance de l?incendie et donc, par suite, à une minoration des flux calculés. L?énergie rayonnée étant directement proportionnelle à la puissance instantanée, maximiser la puissance permet d?évaluer les flux thermiques enveloppes. De plus, les effets des différents systÚmes de lutte contre l?incendie, systÚme d?extinction automatique et intervention des services internes ou externes de secours, ne sont pas pris en compte dans les hypothÚses de modélisation. En conséquence, cette hypothÚse est raisonnablement pénalisante par rapport à la cinétique de propagation en situation réelle. Une autre hypothÚse importante à garder en tête dans l?exploitation des résultats de l?outil Flumilog est la projection des flammes sur chacune des parois à chaque pas de temps de calcul des flux. En effet, pour favoriser le développement de l?incendie, le départ de feu est supposé se situer au centre de la cellule. Le feu se propage depuis le point d?inflammation vers les combustibles situés à proximité, conduisant, pour cette hypothÚse, à un feu localisé au centre de la cellule. Le départ de feu pouvant cependant se situer n?importe où dans la cellule, les flammes sont projetées sur chacune des parois pour le calcul des flux thermiques. 11 https://www.flumilog.fr/ Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 156 sur 200 De plus, pour chaque flamme, le cas avec et sans vent est pris en compte, la flamme est ainsi penchée, pour chaque façade, vers l?extérieur du bâtiment et les flux sont comparés à une flamme droite. Les flux donnés par le logiciel sont le maximum entre le cas avec et le cas sans vent. Figure 132 : Comparaison entre le débit calorifique émis par une palette 1510 et celui émis par une caisse de 7 modules LMP L?énergie dégagée par la palette 1510 atteint environ 4000 MJ alors que celle dégagée par la caisse atteint environ 2000 MJ. Afin d?affiner la comparaison, l?énergie libérée par l?incendie de la caisse de 7 modules LMP est extrapolée à celle d?un stockage unitaire de volume égal à celui de la palette standard 1510, soit 1,44 m3, au prorata du volume. Cela représente environ 25 modules. Le débit calorifique est obtenu en posant comme hypothÚse que le feu d?une caisse de 7 modules se propage à l?autre aprÚs 1,3 min, d?aprÚs la propagation moyenne observée lors de l?essai d?un feu de caisse de modules LMP prise dans un incendie (chapitre 8). Une vitesse de propagation plus lente conduirait à une puissance totale plus faible et des distances d?effets plus faible. Une vitesse de propagation plus rapide aura des conséquences inverses. Le débit calorifique d?une palette standard composée de 25 modules LMP peut alors être estimé par la courbe rouge de la Figure 133 et simplifié par la courbe grise selon la méthodologie Flumilog (méthodologie en cours de validation). La durée de l?incendie de la palette serait donc de 15 min et sa puissance maximale atteindrait 9000 KW. L?intégrale de cette courbe est d?environ 7500 MJ. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 HR R (k W ) Temps (min) Caisse 7 modules LMP Palette 1510 Flumilog Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 157 sur 200 Figure 133 : Débit calorifique émis par une palette de modules LMP Les distances d?effets associées à l?incendie d?un entrepÃŽt stockant des palettes de modules LMP sont présentées dans le paragraphe suivant. 12.2.2 Evaluation des distances d?effets thermiques pour un incendie d?entrepÃŽt Afin de modéliser les effets à l?échelles d?un entrepÃŽt et de permettre une comparaison en premiÚre approche entre différentes palettes types, des modélisation Flumilog est proposée. Des caractéristiques de l?entrepÃŽt ont dû être choisies afin de permettre la modélisation mais ne correspondent pas à celles de l?entrepÃŽt de Grand-Couronne. Les caractéristiques retenues de cet entrepÃŽt fictif considéré pour les simulations et les comparaisons sont les suivantes : - Surface de 6000 m² (100 x 60 m), - Hauteur de la cellule : 13 m, - Stockage en racks de 12 m de hauteur sur 7 niveaux, - Nombre de doubles racks : 9, nombre de simples racks : 2, - Toiture dotée de 2 % de surfaces d?exutoires, - Murs REI120 sur 3 façades et murs avec portes de quai pour 4iÚme façade. Deux stockages de palettes de 1,44 m3 sont considérés : - Dans le premier cas, 25 modules LMP par palettes chargés à 100 %, - Dans le second cas, des palettes standards de la rubrique 1510. Les distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog sont présentées sur la Figure 134. Cette comparaison est faite en supposant des cellules remplies à 100 % par chacune des typologies de produits, sans lien avec un quelconque sinistre. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 158 sur 200 Figure 134 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog ? à gauche, pour un stockage 1510, à droite pour un stockage de modules LMP L?émittance maximale calculée par Flumilog pour le cas LMP est de 198 kW/m2. Lors des essais des émittances comprises entre 165 et 200 kW/m2 ont été mesurées. L?ordre de grandeur est donc cohérent. Toutefois, il est communément admis que l?émittance décroit avec la taille du feu. Pour une émittance plus faible, les distances d?effets seront diminuées. Les distances d?effets obtenues dans les deux cas sont présentées dans le Tableau 26. Tableau 26 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog Les puissances générées par l?incendie pour les deux configurations sont comparées sur la Figure 135. Seuil d'effet (kW/m²) Rubrique 1510 Modules LMP 3 43 > 110 5 23 110 8 NA 85 Distances d'effets (m) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 159 sur 200 Figure 135 : Puissance calculée pour les 2 cas traités La puissance obtenue pour le feu de batteries est trÚs inhabituelle pour un feu d?entrepÃŽt car elle culmine à des valeurs trÚs élevées, pratiquement 40 GW pour un temps trÚs court alors qu?elle atteint 5 GW pour un feu d?entrepÃŽt 1510. Cela s?explique par la puissance élevée de la palette unitaire qui favorise un emballement rapide. Encore une fois, cette modélisation n?est pas représentative de l?entrepÃŽt de Grand-Couronne mais sert seulement à donner des éléments de réponses à la question posée par le BEA de comparer un feu de caisses de batteries LMP à d?autres types de feu plus communément rencontrés et déjà documentés. 12.2.3 Analyse de la tenue des murs REI120 La tenue au feu d?un mur REI120 est dimensionnée sur la base de la courbe ISO83412 représentée sur la Figure 136. Cette courbe est caractéristique d?un feu cellulosique (bois, carton, ?) dont le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) des combustibles est de l?ordre de 20 MJ/kg. 12 ISO 834 ? Essai de résistance au feu ? Eléments de construction ? partie 1 : Exigences générales 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 0 20 40 60 80 100 120 140 Pu is sa nc e (M W ) Temps (min) Modules LMP Palettes 1510 - Flumilog Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 160 sur 200 Figure 136 : Courbe ISO834] La tenue mécanique au feu d?un mur REI120 est garantie si la température appliquée sur ce mur reste inférieure ou égale à la courbe ISO834. Il est clair que la température appliquée sur le mur peut ponctuellement être supérieure à la courbe sans compromettre sa tenue mécanique sous réserve que ce dépassement ait lieu sur une durée et une surface restreinte. Le graphe de la Figure 137 compare la courbe ISO 834 à la température issue de l?emballement thermique d?un stockage de modules LMP reconstruite de maniÚre théorique à partir : - des températures moyennes observées pendant les essais, - d?une modélisation d?un incendie d?entrepÃŽt à l?aide du code Flumilog qui permet d?évaluer la durée de l?agression thermique sur le mur. Il est bien évidemment trÚs compliqué de construire une courbe température ? temps avec les seules données disponibles aujourd?hui. Des choix ont été faits à des fins de comparaison. La courbe a ainsi été construite forfaitairement sur la base des choix suivants : - une phase de montée en température supposée de cinétique similaire à la courbe ISO 834 en l?absence d?élément, en reprenant donc une équation en logarithme népérien équivalente à l?ISO834 mais en adaptant celle-ci pour la température maximale soit atteinte au temps final de l?incendie calculé par l?outil Flumilog, soit 40 min ; - une phase de décroissante selon une équation de la forme A.exp(-B.t) avec les constantes A et B calées pour une durée d?incendie de 120 min. Cette forme de courbe en exponentielle est représentative de l?évolution de la décroissance de la puissance d?un incendie en référence à de nombreux essais réalisés par l?Ineris en chambre 1000 m3. La prise en compte de cette décroissance est réalisée pour refléter la durée calculée de l?incendie. Une autre approche aurait pu être de considérer la température constante une fois la température maximale atteinte. Cela n'aurait aucunement affecté les conclusions qui suivent. Cette courbe montre que l?incendie d?un stockage de modules LMP serait susceptible de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 puisque la température atteinte par l?incendie pourrait dépasser la température limite - sur laquelle les mus REI120 ont été dimensionnés - de plusieurs centaines de degrés pendant plusieurs dizaines de minutes, sous réserve que le stockage soit situé à proximité du mur et soit suffisamment étendu notamment le long du mur. A titre indicatif l?ordre de grandeur des distances pourrait correspondre à un stockage d?une dizaine de mÚtres de large minimum situé à une distance du mur inferieure à une dizaine de mÚtres. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 161 sur 200 Figure 137 : Comparaison entre la courbe ISO834 et la température d?agression issue de l?incendie de caisses de modules LMP 12.2.4 Analyse du besoin en désenfumage Pour évaluer la pertinence de la surface utile de désenfumage pour un stockage de batteries LMP, il convient de revenir à l?origine et à l?objectif de ce désenfumage. La mise en place d?un systÚme de désenfumage a ainsi pour objectif, en évacuant les fumées d?incendie, de réduire la cinétique de propagation du feu, limitant notamment le risque de flashover, mais également de maintenir les fumées à une certaine hauteur pour permettre l?évacuation. Les essais feu caisse permettent de proposer un débit surfacique d?environ 177 g/m2/s. De fait, la vitesse de combustion et le débit de fumées pour les batteries LMP sont bien supérieurs à ceux des produits cellulosiques et plastiques utilisés en référence pour évaluer la surface utile nécessaire de désenfumage (40 g/m2/s pour des pneus et 12g/m2/s pour des câbles électriques par exemple). Bien que les températures élevées atteintes par un tel incendie favorisent le désenfumage (pour une température plus élevée, les densités sont plus faibles, ce qui favorise l?écoulement au travers des ouvrants), et afin de conserver l?atteinte des objectifs de sécurité associés au désenfumage pour un tel stockage, il semble nécessaire d?accroître la surface de désenfumage. 12.2.5 Evaluation des effets toxiques aigÃŒes13 pour un incendie d?entrepÃŽt Afin de mettre en perspective les résultats des analyses de fumées réalisées dans cette étude, une comparaison entre la toxicité aigÃŒe des fumées d?un incendie de batteries LMP, de gazole et de pneumatiques est proposée. Cette comparaison ne prend en compte que la composition gazeuse car, en l?état actuel des connaissances, on considÚre que les particules n?influent pas sur la toxicité aigÃŒe mais seulement sur les effets chronique. De même, cette comparaison ne tient pas compte des effets que les émissions particulaires pourraient avoir sur l?environnement. Au regard des hypothÚses fortes sur la formation du panache, tel que décrit dans le rapport Ineris ?1614, il a été choisi, pour cette comparaison, d?évaluer la différence de toxicité à l?émission. Cette approche consiste à ne diluer les émissions que dans la seule quantité d?air nécessaire à la combustion des produits. La seule hypothÚse nécessaire est donc que l?apport d?air est suffisant pour assurer la combustion complÚte, condition dans laquelle sont également mesurés les facteurs d?émission listés dans le Tableau 14. 13 AigÃŒe au sens des valeurs seuils de toxicité aigÃŒe françaises (VSTAF) 14 Rapport Ineris W16, Omega 16 - Recensement des substances toxiques (ayant un impact potentiel à court, moyen et long terme) susceptibles d?être émises par un incendie, juin 2023. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 20 40 60 80 100 120 Te m pé ra tu re (° C) Temps (min) ISO834 Feu de caisses de modules LMP Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 162 sur 200 Afin d?évaluer la dangerosité des gaz émis, il est ainsi possible d?estimer la toxicité aigÃŒe du mélange gazeux constitué des gaz de combustion et de l?azote contenu dans l?air ayant servi à la combustion sous l?hypothÚse que tout l?oxygÚne est consommé. La toxicité de ce mélange peut alors être exprimée sous une forme inspirée de la Concentration Effective Fractionnelle (CEF) : ??? = ?? ?????????Ú??? Cette quantité représente ainsi le potentiel toxique du mélange, plus sa valeur est élevée, plus le mélange est toxique. En considérant les propriétés de combustion, vitesse et chaleur, du gazole, des pneumatiques et des caisses de LMP et les facteurs d?émissions, Tableau 14, il est possible d?évaluer cette valeur pour ces différents produits, Tableau 27 en utilisant les VSATF pour les seuils d?effet irréversibles pour 30 min d?exposition. Tableau 27 : CEF calculée pour différents produits. Produis CEF Gazole 5,4 Pneumatiques 16,5 Caisse LMP 15,8 Ce résultat met en évidence un potentiel toxique comparable entre pneumatiques caisse LMP, potentiel prÚs de 3 fois supérieur à celui du gazole pour ces deux produits en raison, notamment, de la production de gaz spécifiques comme les acides halogénés ou le dioxyde de soufre qui ont une forte toxicité. Il faut par ailleurs souligner que ce potentiel toxique à l?émission est principalement piloté par les gaz émis et la chaleur de combustion des produits, chaleur qui pilote le besoin en air. La puissance de l?incendie joue peu au final, pour ce qui concerne la toxicité à l?émission. Etant entendu que la vitesse de combustion mesurée est trÚs élevée pour les caisses LMP, l?effet ascensionnel du panache sera plus important avec pour conséquence une plus forte dilution pour le calcul des effets toxiques à distance de la source. 12.3 SynthÚse des particularités d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP Les résultats expérimentaux et numériques obtenus dans le cadre de cette étude conduisent aux conclusions suivantes : - Le débit calorifique lié à l?incendie d?une palette de modules LMP est pratiquement 6 fois plus élevé que celui associé à l?incendie d?une palette classée sous la rubrique 1510 ; - Les températures de flamme liées à l?incendie d?un stockage de modules LMP peuvent atteindre en moyenne plus de 1400 °C et sont susceptibles de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 sous réserve que ce stockage soit situé à proximité du mur à moins d?une dizaine de mÚtres, et disposé le long du mur sur une dizaine de mÚtres minimum ; - Les distances d?effets au seuil des effets irréversibles (SEI) associées à l?incendie d?un entrepÃŽt de 6000 m², de 13 m de hauteur et doté de murs REI120 composé d?un stockage en racks de palettes de modules LMP pourraient atteindre plus de 110 m. Les distances d?effets au seuil des effets domino (8 kW/m²) pourraient atteindre 85 m. Ces distances sont au minimum 5 fois plus élevées que celles associées à un entrepÃŽt de produits courant (rubrique 1510) ; - Les besoins de désenfumage des entrepÃŽts stockant des batteries LMP pourraient être supérieures à ceux préconisés dans la rubrique ICPE1510. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 163 sur 200 PARTIE 3 : Protection en phase accidentelle et réactivité des résidus Cette partie cherche à déterminer la réactivité des résidus afin de préciser si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 164 sur 200 13 Observations préliminaires A l?issue des essais, bien que les modules étaient complÚtement consommés, une quantité importante de résidus était présente et la plupart des outils utilisés lors de l?essai à proximité de la réaction (bac de rétention, virole, outil d?écrasement, ?) étaient fortement dégradés. Comme cela est visible sur la Figure 138, la plupart des résidus avaient une couleur rougeâtre ou brunâtre et étaient trÚs hétérogÚnes. Figure 138 : Photographies des résidus d?essais Les jours suivant les essais, lors du nettoyage des chambres d?essai, de fortes odeurs rappelant celles de l?ail ont été senties de maniÚre continue à proximité des chambres et dans un rayon de plusieurs mÚtres autour des fûts de 200 L dans lesquels étaient placés les résidus et matériels souillés. Afin de limiter les odeurs, les fûts sont stockés dans des locaux ventilés jusqu?à leur élimination dans les filiÚres appropriées. Aussi, quelques heures aprÚs la mise en fût, le couvercle d?un fût cerclé a été projeté à plusieurs mÚtres malgré l?utilisation de couvercles à valve de surpression. Lors de transfert de matériel souillé les jours de pluie, des inflammations ont été observées comme documenté en Figure 139. Enfin, lors des phases de nettoyage aprÚs-essai, du fait de la nature compacte et solide des résidus, les morceaux trop volumineux pour la mise en fût ont dû être cassés à l?aide d?outils tels qu?une pioche. Lors des coups de pioches, des inflammations intermittentes ont également été observées. Figure 139 : Extraits vidéo où l?inflammation de résidu au contact du sol humide est visible Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 165 sur 200 Ces inflammations répétées ont rapidement conduit à l?hypothÚse de la formation de gaz inflammables par les résidus d?essai. Deux mois aprÚs l?essai pad module, une analyse FTIR a été réalisée dans le ciel gazeux d?un fût de résidu de l?essai pad module. Pour cela, le couvercle du fût a été percé et un flux entrant d?azote de 2,5 L/min a été imposé en même temps que les gaz sortants étaient analysés par FTIR. Le spectre présenté Figure 140 est ainsi obtenu. Trois gaz y sont clairement identifiables à l?issue de cette analyse : de l?eau (issue de l?humidité de l?air) ; de la phosphine (PH3) et de l?acétylÚne (C2H2). Une quantification approximative de la phosphine permet d?estimer une production d?environ 0,15 L/h. En plus de ces composés, il est probable qu?en présence d?eau, de l?H2 soit formé par réaction avec du Li métal présent dans les résidus. Le H2 n?est pas mesurable par FTIR. Figure 140 : Analyse du ciel gazeux d?un fût contenant des résidus de combustion de l?essai pad sur module Afin de préciser si, au regard de la réactivité de ces résidus, les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d?extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants, les substances en présence ont été analysées et les mécanismes possibles de formation de ces gaz proposés. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 166 sur 200 14 Réactivité des résidus Cette partie vise à caractériser l?hydro réactivité des résidus et caractériser la formation gazeuse. 14.1 PrélÚvement Quatre jours aprÚs l?essai, des résidus de l?échantillon soumis à essai ont été prélevés à l?aide d?un marteau et d?un burin dans le bac de feu utilisé pour l?essai, situé dans la Galerie Incendie de l?Ineris (Figure 141). Le prélÚvement correspond à des résidus restés au fond du bac feu aprÚs l?essai propagation sur caisse. Figure 141 : Cliché photographique du prélÚvement d?échantillon issu de résidus de combustion de batterie, produits à la suite d?un essai abusif Il est à noter que lors du prélÚvement de l?échantillon dans le bac de feu, des étincelles ont été produites suite aux coups de burin sur les résidus de combustion, mais seulement dans certaines zones du bac. Les analyses présentées dans la suite de ce document ont été effectuées sur des échantillons prélevés dans des zones du bac contenant les résidus les plus susceptibles de produire des étincelles. 14.2 Evaluation préliminaire de la réactivité des résidus prélevés Immédiatement aprÚs le prélÚvement décrit ci-dessus, quelques gouttes d?eau ont été versées sur un fragment de l?échantillon ainsi prélevé (Figure 142b). Une réaction vive a été observée, avec un bullage/formation d?une mousse et émission de gaz à la surface de ce dernier sans signe d?inflammation (Figure 142c). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 167 sur 200 Figure 142 : Clichés photographiques de l?échantillon (immédiatement aprÚs le prélÚvement) placé dans un bécher (a), lors d?ajout d?eau (b) et bullage/formation de mousse (c) AprÚs humidification, les fragments d?échantillon soumis à des chocs mécaniques (coups de burin) se sont également montrés d?autant plus réactifs, produisant des inflammations relativement vives (Figure 143). Il semblerait donc, d?aprÚs ces premiÚres constatations, qu?une fois l?échantillon prélevé et humidifié (voire réhumidifié), l?impact/frottement mécanique d?une piÚce en métal (burin) contre le résidu serait à même de provoquer l?inflammation du ou des gaz formé(s). Figure 143 : Clichés photographiques du comportement de l?échantillon humidifié soumis à une action/contrainte mécanique b ca Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 168 sur 200 Le reste d?échantillon prélevé (Figure 144) a été immédiatement placé en boîte à gants sous atmosphÚre inerte avec une concentration d?O2 inférieure à 10 ppm. Figure 144 : Clichés photographiques du prélÚvement d?échantillon de résidus de combustion de batteries et fragments produits à la suite du concassage au burin en boîte à gants pour s?approcher des quantités requises pour les diverses phases de l?épreuve N.5 Les échantillons ont ensuite été soumis aux essais de caractérisation de l?hydro réactivité décrits en Section 14.3 sans traitement préalable. 14.3 Epreuve N.5 : Méthode d?épreuve pour les matiÚres qui, au contact de l?eau, dégagent des gaz inflammables (ONU) Les essais ont été réalisés suivant l?épreuve décrite dans le Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU, 8Úme édition, réf. ST/SG/AC.10/11/Rév.8, 2023. 14.3.1 Phase 1 Protocole de la Phase 1 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : Dans un bac rempli d?eau distillée à 20°C, on place une petite quantité de matiÚre (c?est à dire une portion d?environ 2 mm de diamÚtre). On observe s?il y a dégagement et s?il y a inflammation spontanée du gaz. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 169 sur 200 En raison de l?état de la nature (massive) de l?échantillon, il n?a pas été possible de prélever précisément une portion de 2 mm de diamÚtre (Figure 145). Figure 145 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 1 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un fort dégagement de gaz (sans inflammation) est observé spontanément dÚs immersion de l?échantillon, et ce durant un peu plus de 1 minute. 14.3.2 Phase 2 Protocole de la Phase 2 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : On place une petite quantité de matiÚre (c?est à dire une portion d?environ 2 mm de diamÚtre) au centre d?un papier-filtre flottant à la surface d?un bain d?eau distillée à 20°C, dans un récipient approprié (Figure 146). Le rÃŽle du papier-filtre est de maintenir la matiÚre en un point fixe, afin d?obtenir la probabilité maximale d?inflammation spontanée du gaz dégagé. On observe s?il y a dégagement et s?il y a inflammation spontanée du gaz. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 170 sur 200 Figure 146 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 2 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un dégagement de gaz (sans inflammation) est observé durant 1 minute environ, il convient donc de passer à la phase 3 de l?épreuve N.5. 14.3.3 Phase 3 Protocole de la Phase 3 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : Ce test consiste à humidifier les échantillons sans traitement particulier afin de faire un test exploratoire et évaluer la réactivité des échantillons. Compte tenu du fait qu?ils n?étaient pas friables, nous l?avons soumis « tel quel » à cette nouvelle épreuve (Figure 147). Durant cette phase de test, une mesure de température à coeur de l?échantillon a été effectuée pour évaluer une estimation des échauffements lors de la réaction. Figure 147 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un dégagement de gaz est observé (Figure 5a), sans inflammation, avec une montée notable de température de l?ambiante à 84°C (Figure 5b). (NB : la température d?auto-inflammation de la phosphine, gaz pyrophorique est de 38°C) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 171 sur 200 Un test d?inflammation des gaz émis a été réalisé à l?aide d?un brûleur à gaz. A l?approche de la flamme du brûleur, une inflammation spontanée et vive est observée (Figure 148). Figure 148 : Clichés photographiques de la tentative d?inflammation au brûleur à gaz des gaz générés lors de l?ajout de quelques gouttes d?eau sur l?échantillon soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 Un fragment d?échantillon a également été soumis à la Phase 4 de l?épreuve (Section 14.3.4) afin d?estimer le débit gazeux émis lors de l?immersion de l?échantillon dans de l?eau. 14.3.4 Phase 4 Protocole de la Phase 4 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : S?il s?agit d?une matiÚre solide, on l?inspecte pour déterminer si elle contient une certaine quantité de particules fines (c?est-à-dire de granulométrie inférieure à 500 µm). Si cette quantité représente plus de 1 % (en masse) du total, ou s?il s?agit d?une matiÚre friable, l?échantillon entier doit être broyé en poudre avant l?épreuve pour simuler les effets d?effritement au cours de la manutention et du transport ; dans le cas contraire, on utilisera la matiÚre sous sa forme commerciale (dans le cadre de cette étude l?échantillon sera utilisé sous sa forme tel que prélevée et aprÚs un léger concassage), comme dans le cas des liquides. L?essai qui doit se dérouler à la température ambiante (20°C) et à la pression atmosphérique est exécuté trois fois. On utilise une ampoule à décanter contenant de l?eau, et une fiole conique dans laquelle on a placé une quantité suffisante de matiÚre (jusqu?à maximum 25 g) pour produire de 100 à 250 ml de gaz. On ouvre le robinet de l?ampoule à décanter pour laisser couler l?eau dans la fiole conique ; on déclenche un chronomÚtre. Le volume de gaz produit est mesuré de toute maniÚre appropriée. On note la durée totale du dégagement de gaz ; on note également, si possible, la quantité produite à certains intervalles. La production de gaz est calculée sur une durée de 7 heures à intervalles d?une heure. Si le débit de gaz fluctue ou augmente aprÚs 7 heures, la durée de mesure doit être prolongée jusqu?à un maximum de cinq jours. On peut cependant arrêter l?épreuve avant si le débit est devenu constant ou diminue réguliÚrement et que l?on a recueilli suffisamment de données pour pouvoir affecter la matiÚre à un groupe d?emballage/une catégorie ou conclure qu?elle ne relÚve pas de cette classe de danger. Si la nature chimique du gaz dégagé n?est pas connue, il doit être soumis à un essai d?inflammabilité. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 172 sur 200 Dans le cadre de cet essai, la mesure du volume de gaz produit a été effectuée en utilisant un débitmÚtre automatique (type MGC-1), qui permet de mesurer le dégagement de gaz en fonction du temps (Figure 149). Figure 149 : Cliché photographique illustrant un exemple d?échantillon soumis à la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques Le MGC-1 dispose d?une cellule immergée dans de l?huile synthétique (Calrix), qui collecte le gaz dégagé par la réaction entre le produit testé et l?eau. Le gaz est amené par un tube qui pénÚtre à l?intérieur de l?appareil, jusqu?au-dessous de la cellule. Celle-ci bascule lorsque le volume de gaz accumulé atteint 3,2 ml et permet au gaz de s?échapper à l?air libre par un autre conduit. La cellule de mesure est reliée au logiciel d?acquisition « RIGAMO » qui marque un point à chaque basculement. L?appareil dispose également d?un affichage numérique du volume cumulé de gaz comptabilisé au cours du temps. Pour des raisons d?homogénéité dans le calcul du débit de gaz dégagé au cours des essais, seul le résultat en volume cumulé au cours du temps a été utilisé. Les essais seront réalisés sur les échantillons « tels quels » pour reproduire les conditions sur site, et légÚrement concassés, afin d?obtenir des prises d?essai pouvant être introduites dans les erlenmeyers. Les essais se sont déroulés au sein de la plateforme sécurisée, thermostatée à 20°C. Environ 5 g d?échantillon est déposé au fond d?un erlenmeyer de 50 ml en boîte à gants sous argon (l?erlenmeyer est muni d?un bouchon à septum en partie supérieure et d?un film de parafilm pour le raccord au débitmÚtre) et, sous sorbonne, une quantité de 10 ml d?eau distillée est ajoutée de maniÚre à immerger la substance soumise à essai. Le compteur de gaz MGC-1 est préalablement raccordé à l?erlenmeyer. Les courbes de suivi du dégagement gazeux de l?échantillon « tel quel » sont reportées ci-aprÚs (figures 150 et 151). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 173 sur 200 Figure 150 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques pour l?échantillon « Tel Quel » ? Essai 2 Figure 151 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec le débitmÚtre automatique pour l?échantillon « Tel Quel » - Essai 3 Un dégagement de gaz sans inflammation spontanée a été observé au cours de chaque essai et le débit de gaz à plafonné à 576 L/h.kg pendant quelques minutes. 14.4 Analyse des gaz de réaction générés lors de l?ajout d?eau sur l?échantillon Afin de connaitre la nature des gaz formés, un prélÚvement a été réalisé dans un sac Tedlar puis identifié par GC/MS. Pour l?analyse de la phosphine, un filtre imprégné (AgNO3) a été exposé au gaz puis a subi une extraction dans un bain à ultrasons durant 1 h avant que le phosphore soit quantifié par ICP OES. Ainsi, il ressort qu?une part majoritaire des gaz émis est du dihydrogÚne (H2) et que la phosphine (quantifié en équivalent P) est émise dans des quantités 25 fois moindres. La présence d?acétylÚne n?a pas été recherchée bien qu?elle ait été démontrée par FTIR. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 174 sur 200 Des traces d?autres espÚces ont été détectées sans pouvoir être quantifiées, on citera par exemple : trimethylsilyl fluoride, tetramethyl silane, ethyl phosphine, dimethyl phosphine, trimethyl silanol, acide acétique, hexamethyl disiloxane, n-butyl ether 14.5 Risques liés à l?émission de phosphine Il a été mis en évidence lors des essais la formation de phosphine en présence d?eau, mais également humidité. Lors d?un essai de sprinklage (30 l/m²/min), le débit de phosphine mesuré est d?environ 0,2 g/m²/s. En supposant de façon prudente que ce taux d?application du sprinklage soit employé sur la moitié de la surface de la cellule et que 100 % de cette surface soit occupée par des résidus de batterie aprÚs incendie, le taux d?émission de phosphine serait de 600 g/s. Afin d?estimer les potentielles conséquences d?une telle émission, celle-ci a été modélisée dans l?outil Phast v9.0 afin d?estimer la distance aux effets toxiques. Le seuil des effets irréversibles (SEI) pour 30 min d?exposition, soit 155 ppm a été utilisé pour représenter les distances atteintes. Le seuil des premiers effets létaux pour une même durée de 30 min, 1395 ppm, est également tracé à titre informatif. Deux classes de vent ont été considérées pour cette représentation, F3 et D5, conformément aux prescriptions de la circulaire du 10/05/2010 pour la modélisation des effets toxiques dans le cadre des études de dangers. Il convient enfin de préciser que, sur la base des observations sur le terrain, la température d?émission de la phosphine est fixée à 100°C. Les distances d?effets ainsi obtenues sont représentées sur la Figure 152. La distance maximale atteinte par les effets irréversibles au niveau du sol est d?environ 250 m, 65 m pour les effets létaux. En considérant les effets en altitude, la distance aux effets irréversibles atteint 550 m, les effets létaux 120 m environ. Figure 152 : Vue latérale du panache toxique résultant de l?émission de phosphine, effets irréversibles et premiers effets létaux. Il est également important de noter que, en l?absence de perception d?une forte odeur aillée, il n?est pas attendu que les seuils effets irréversible soient atteint. En effet, comme l?indique la figure 15315 le seuil de perception est largement en deçà du seuil d?effet irréversible. 15 https://substances.ineris.fr/sites/default/files/archives/7803-51-2%20--%20Phosphine%20-- %20VSTAF-Rapp.pdf Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 175 sur 200 Figure 153 : Seuils de toxicité et de perception de la phosphine 14.6 Conclusions sur la réactivité des résidus Les essais de détermination de l?hydro réactivité, suivant l?épreuve N.5 du Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU (ST/SG/AC.10/11/Rev.8), réalisés sur le résidu de combustion de batteries prélevé « Tel Quel » permettent de conclure que : ? Un fort dégagement gazeux a été observé systématiquement pour chaque phase de l?épreuve dans les conditions d?essais, et une inflammation immédiate et vive des gaz générés a été mise en évidence lors des tentatives d?inflammation à l?aide d?une flamme produite par un brûleur à gaz (à distance d?environ 30 cm minimum) ; ? Des débits de gaz allant jusqu?à environ 576 L/h.kg en débit maximal sur 1 h ont été mesurés ; ? Le résidu de combustion est donc considéré comme étant hydro réactif au sens de la classification ONU TMD ; ? La distance maximale atteinte par les effets irréversibles au niveau du sol est d?environ 250 m. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 176 sur 200 15 Caractérisation des résidus Cette partie a pour but de caractériser les résidus afin de comprendre les mécanismes menant à la formation des gaz observés. La figure 152 présente les flacons de résidus, stockés en boite à gants qui seront broyés puis analysés. Figure 154 : Photographies des résidus prélevés pour analyse Une analyse DRX a tout d?abord été réalisée sur les résidus de l?essai flux radiant sans que le transfert, ni l?analyse, ne soient réalisées dans des conditions protégées de l?air (ces analyses par DRX ont été sous-traitées à l?UTC). Les résultats de l?analyse sont présentés en figure 153. Sur ce prélÚvement les phases principalement identifiées sont le LFP (+triphylite LiFePO?) provenant de la cathode, le quartz (SiO2) provenant du sable, le lithiophosphate (Li3PO4) la calcite (CaCO3) provenant possiblement des parpaings des siporex utilisés comme support. Aucun composé hydro réactif et/ou susceptible d?être à l?origine des émissions gazeuses n?est ainsi détecté, ce qui est plutÃŽt attendu dans la mesure où les poudres analysées devaient être oxydées (avaient réagi) avant l?analyse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 177 sur 200 Figure 155 : Analyse DRX des résidus d?un essai compression statique. L?analyse porte sur des résidus plutÃŽt rougeâtres et le transfert et l?analyse ont été réalisés sous air (poudre oxydée) Pour compléter cette analyse, une seconde analyse a été réalisée sur les résidus identifiés comme étant les plus réactifs parmi le prélÚvement réalisé aprÚs l?essai de propagation. Cette analyse, dont les résultats sont présentés en Figure 156, a été réalisée en broyant l?échantillon en boîte à gants (O2<10 ppm) afin d?éviter son oxydation (contrairement à l?analyse précédente). La poudre ainsi obtenue a ensuite été placée dans un porte échantillon et recouverte d?un film d?adhésif polyimide de marque Kapton (responsable de la bosse aux faibles angles du spectre rayons X représenté en Figure 156). Deux analyses d?un même échantillon ont été réalisées à quelques heures d?intervalle afin d?identifier d?éventuels phénomÚnes d?oxydation (le film Kapton n?est pas parfaitement étanche sur plusieurs heures) : le spectre « résidus batterie » (ligne noire, Figure 156) a correspond à la premiÚre analyse réalisée. Le spectre « résidus batterie 2 » correspond quant à lui à la seconde analyse (ligne rouge, Figure 156). La matrice composite constituant l?échantillon étant trÚs complexe, les spectres des Figures 155 et 156 montrent de nombreux pics, pouvant être associés à une multitude de composés. Ces analyses ne sont cependant pas suffisantes pour dresser avec certitude une liste exhaustive des composés constituant ces résidus. L?affinement des spectres de DRX par l?UTC suggÚre la présence de différents composés dans l?échantillon analysé tels que : ? Une possible présence de Li3P (en particulier, sur la base de la présence d?un pic caractéristique de cette phase à un angle de 2? = 42°). Cette interprétation est cependant questionnable, en particulier du fait de la difficulté à distinguer les autres pics constituant le spectre caractéristique du Li3P. L?identification de Li3P peut être envisagée (particuliÚrement le pic à 42°) ; ? Une possible présence d?alliage aluminium-lithium LiAl, suggérée par deux pics à des angles de 2? = 40° et 2? = 24° ; ? Une possible présence de d?aluminate de lithium, indiquée par plusieurs pics situés à des angles tels que 2? = 70°, 33° et 24°. La comparaison des deux spectres réalisés à quelques heures d?intervalle montre une évolution des pics mesurés au cours du temps, pouvant être le signe d?une réactivité des échantillons avec leur environnement extérieur (mauvaise étanchéité de l?adhésif Kapton). Cependant, l?évolution temporelle de l?intensité de ces pics semble difficile à interpréter du fait de comportements a priori contradictoires des différents pics. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 178 sur 200 On pourrait en effet s?attendre à ce qu?au cours d?une exposition prolongée à l?air, les poudres s?oxydent, ce qui, du point de vue des spectres de DRX, pourrait se traduire par une diminution progressive des pics attribués à LiAl et une augmentation de ceux attribués à LiAlO2. La Figure 156 montre en revanche une diminution importante de l?intensité du pic à 2? = 40° attribuée à LiAl alors que le pic à 2? = 24° reste stable. De même, l?intensité des pics à 2? = 70° et à 33°, attribuée à LiAlO2 tend à diminuer au cours du temps, tandis que 2? = 24° reste stable et que celui à 35° tend à augmenter. Enfin, on observe une augmentation de l?intensité des pics associés à LiNiO. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 179 sur 200 Figure 156 : Analyse DRX des résidus de l?essai feu caisse. L?analyse porte sur un ensemble hétérogÚne de résidus et le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air (protégé par du Kapton) Afin de compléter l?analyse DRX, une analyse RMN des isotopes 31P et 7Li a été réalisée à l?ICMCB. Les résidus analysés sont issus de l?essai propagation et ont été préparés par broyage en boîte à gants sous atmosphÚre inerte et l?analyse s?est faite dans des conditions excluant le contact de l?air. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 180 sur 200 Les résultats sont présentés en Figure 157. Le spectre du 31P permet d?identifier clairement le Li3P par le déplacement de raie caractéristique à -270 ppm16. Le spectre du 7Li confirme la présence de Li3P et met en évidence la présence d?autres composés lithiés où le Li est proche d?espÚces paramagnétiques (LixC, LiFeP?). Cette analyse permet aussi d?exclure la présence de Li métallique dans l?échantillon testé. / Figure 157 : Analyse RMN d?un ensemble hétérogÚne de résidus sur le 31P et le 7Li. Le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air La mise en évidence d?un environnement diamagnétiques à proximité du Li par l?analyse RMN peut suggérer la présence de phases telles que LixC ou LiFeP. Cette analyse a donc été complétée par une analyse Mössbauer du fer dont les résultats sont présentés Figure 158. Cette analyse permet une détermination du degré d?oxydation du fer, et apporte par conséquent davantage d?information sur les composés en présence dans l?échantillon. 16 Marino, C.; Boulet, L.; Gaveau, P.; Fraisse, B.; Monconduit, L. Nanoconfined phosphorus in mesoporous carbon as an electrode for Li-ion batteries: performance and mechanism. Journal of Materials Chemistry 2012, 22, 22713- 22720 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 181 sur 200 Figure 158 : spectroscopies Mössbauer des résidus d?essais Ce spectre est constitué d'un unique doublet. Les paramÚtres hyperfins correspondent à du Fe3+ haut spin en site tétraédrique (déplacement isomérique "petit delta" = 0.25 mm/s) dans un environnement relativement symétrique (éclatement quadripolaire "grand delta" = 0.44 mm/s). Ce doublet quadripolaire peut être associé à une phase de type LiFeP17 et, de maniÚre certaine, pas à un oxyde ou oxyhydroxyde de fer, un phosphate de fer ou encore une phase de type Fe3C. 17 Boyanov, S.; Womes, M.; Jumas, J.-C.; Monconduit, L. 57 Fe Mössbauer study of the electrochemical reaction of Li with FeP y (y= 1, 2). In Proceedings of the ICAME 2007: Proceedings of the 29th International Conference on the Applications of the Mössbauer Effect (ICAME 2007) held in Kanpur, India, 14-19 October 2007, 2009; pp. 1143- 1155. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 182 sur 200 16 Mécanismes réactionnels susceptibles de former de la phosphine A la lumiÚre des analyses réalisées, ci-dessus, et dans la limite des informations à disposition à ce stade, la caractérisation des résidus permet ainsi de proposer différentes hypothÚses de mécanismes de réaction qui pourraient expliquer la formation de la phosphine mesurée dans le ciel gazeux des échantillons exposée à un environnement humide : 1- L?excÚs de Li(m) fondu à l?anode (température de fusion du Li : 180 °C), en présence d?une atmosphÚre réductrice (H2, CO2, CO, ?) et à trÚs haute température (> 1400°C) réduit LixFePO4 en Li3P et LiFeP (suggéré par RMN et Mössbauer). En considérant les résultats Mössbauer, cette réduction du FePO4 de la cathode pourrait se faire en présence de H2 et de CO et en fonction de la température par l?intermédiaire de la formation de Fe2P, Fe3P ou du FeP18. Une partie du FeP peut ensuite interagir avec le Li en excÚs selon le mécanisme (1) pour former du Li3P19. FeP + Li ? LiFeP (1) LiFeP + 2Li ? Li3P + Fe0 (1) 2- Au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air, le Li3P réagit pour former de la phosphine selon la réaction (2) Li3P + 3H2O? 3LiOH + PH3 + chaleur (2) Les analyses présentées en Section 16 n?ont pas permis d?identifier le composé à l?origine de la production d?acétylÚne. Cependant, en considérant les matériaux composant le module, ainsi que les conditions de combustion (environnement, températures, ?), il est possible de proposer les équations de réaction suivantes : 1- L?excÚs de Li(m) fondu à l?anode réagit avec le CO2 formé par la réaction de combustion, favorisé par les hautes températures atteintes pour former un carbure de lithium selon la réaction (3) Li(molten) + CO2? Li2C2 (3) 2- Au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air, le carbure de lithium réagit pour former de l?acétylÚne selon la réaction (4) Li2C2 + 2H2O? C2H2 + 2LiOH + chaleur (4) Enfin, l?inflammabilité du mélange gazeux émis par les résidus de combustion et l?intensité de la combustion pourraient également être liées à la présence importante de dihydrogÚne mis en évidence au paragraphe 13.4. Malgré l?absence de détection de Li sous forme métallique dans les analyses réalisées, sa présence dans les résidus ne peut pas être écartée. En effet, au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air le Li forme du dihydrogÚne selon la réaction (5) 2 Li(m) + 2 H2O ? 2 LiOH (aq) + H2(g) + chaleur. (5) 18 Ye. Mukhametkhan et al., Complete thermodynamic analysis of the interaction of iron phosphate (FePO4) with hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), Matalurgija 60, 2021 19 Boyanov, S.; Bernardi, J.; Gillot, F.; Dupont, L.; Womes, M.; Tarascon, J.-M.; Monconduit, L.; Doublet, M.-L. FeP: another attractive anode for the Li-ion battery enlisting a reversible two-step insertion/conversion process. Chemistry of materials 2006, 18, 3531-3538 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 183 sur 200 17 Conclusion générale Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand Couronne (76), qui abritait, selon l?exploitant, plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal Polymer (LMP). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête et devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, l?Ineris a été missionné pour mettre en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les modes de défaillance pouvant être à l?origine d?un emballement thermique, les mécanismes de propagation, les effets de la réaction de ces batteries ainsi que l?efficacité des dispositifs de protection. Pour permettre la réalisation d?essais, Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. Ce rapport fait état des constats observés lors des essais réalisés lors de la campagne menée à l?INERIS et répond au questionnement de la saisine du BEA-RI en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique Les essais sur les modes de défaillance ont permis de conclure sur : - la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique pouvant correspondre à une chute d?une masse de 40 kg de 5 m ou 280 kg de 6,5 m, selon la face impactée. Les hypothÚses d?une chute d?objet sur la caisse, de la chute d?une caisse ou d?un coup de fourche de chariot élévateur semblent être des hypothÚses plausibles même s?il faut noter que les modules étant placés dans des caisses carton qui offrent une protection relative aux modules ; - la possibilité qu?un défaut interne de type court-circuit entre cellules ou interne à certaines cellules constitutives des modules induise un emballement thermique du module. Un essai clou a été réalisé et n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Afin de s?affranchir des nombreux paramÚtres de tests qui auraient pu changer l?issue de l?essai, un test ne simulant non pas le défaut (court-circuit interne) mais les conséquences d?un défaut, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé. Un essai de chauffe rapide localisée directement à la surface d?un EC a été réalisé et a permis de créer un emballement thermique de l?ensemble de l?EC qui s?est ensuite propagé à l?EC en série placée dessous. En supposant que cet essai soit représentatif de ce qu?il pourrait se passer en cas de défaut interne, il est donc possible de conclure qu?un défaut interne peut causer l?emballement thermique d?un EC qui se propage ou se serait ensuite propagé au module. D?autres hypothÚses comme le court-circuit externe, un défaut d?étanchéité ou la surdécharge n?ont pas été étudiées car non considérées comme susceptibles d?être la source de départ d?un emballement thermique pour un module à température ambiante en condition de stockage. ? D'étudier les mécanismes de propagation de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie De maniÚre générale, les essais menés ont permis de caractériser le comportement des batteries LMP produites par Blue Solutions en situation abusive. Il ressort de l?analyse que : - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module n?entre en réaction violente. La réaction est quasi instantanément trÚs violente ; - La détermination d?abus maximal tolérable avant l?emballement thermique est compliquée à déterminer car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Ce comportement est observé particuliÚrement lors d?abus mécaniques ; - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 184 sur 200 - Des températures trÚs élevées sont observées (1615°C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement et donc la propagation, peut affecter la tenue des structures métalliques ou en bêton ; - Des coulées de métaux/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol. En complément de ces observations, des valeurs précises concernant les paramÚtres de combustion ont pu être déterminées. L?énergie de combustion spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure par rapport à ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris sur des cellules Li-ion NMC tandis que le débit calorifique spécifique des modules LMP Blue Solutions atteint des valeurs comparables avec ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris ou dans la littérature sur des cellules Li-ion NMC. Si l?on compare maintenant ces valeurs à celles observées sur des modules Li-ion de type automobile, le débit calorifique mesuré sur les modules LMP Blue Solutions est également nettement supérieur. Cet écart s?explique à la fois par les propriétés intrinsÚques de la technologie et par les choix d?ingénierie faits par Blue Solutions, aboutissant à l?absence de séparation physique entre les éléments du module (7 kWh) qui permettrait de ralentir la propagation et limiter la quantité de matériaux réagissant simultanément. ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés Lors de la combustion des modules, des émissions de gaz importantes sont observées. Le mélange gazeux est en trÚs large majorité composé de CO2, issu de la combustion intense. Comme autres produits de combustion, du CO est mesuré (en quantité 30 fois inférieure) et du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. D?autres gaz et COV plus spécifiques sont détectés, on pourra citer le méthane (CH4), le fluorure d?hydrogÚne (HF), le dihydrogÚne (H2), le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que des traces de benzÚne (C6H6), de propane (C3H8) et parfois de chlorure d?hydrogÚne (HCl). Le mélange gazeux observé n?est pas inflammable contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Li- ion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réaction fumigÚne sans feu violent parait impossible. L?aspersion d?eau modifie cependant sensiblement ce mélange gazeux. En effet, s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) a été détectée pour la premiÚre fois dans ces conditions. L?extinction à l?eau peut expliquer la formation de ces gaz inflammables et/ou pyrophoriques. Ces essais ont aussi été l?occasion d?évaluer les émissions particulaires émises dans les fumées et à proximité des batteries. - Dans les fumées, le flux de particules est estimé de 6.1014 particules/s, au pic de réaction d?un module. Ces particules ont un diamÚtre "médian" compris entre 81 nm et 190 nm selon les essais. Beaucoup de ces particules sont d?origines organiques (goudron, suies, ?) et une analyse élémentaire des prélÚvements sur filtres permet de démontrer un enrichissement marqué en lithium, en phosphore et en fluor ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre, fer et aluminium. Une pseudo quantification trÚs approximative permet de donner les ordres de grandeur d?émission de ~290 g de lithium, ~230 g de phosphore et ~60 g de soufre par module. - A proximité de l?échantillon, les meilleurs traceurs des émissions sont, de loin, le lithium et le fluor. Des traceurs organiques de type PCB et PCDD/F peuvent être identifiés On pourra retenir les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169 et le 2,3,7,8 TCDF. Les analyses révÚlent également l?absence de HAP. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 185 sur 200 ? D'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique Lors de cette campagne, des essais ont été réalisés visant à évaluer l?efficacité et les conséquences d?une extinction à l?eau d?un feu naissant (deux ou trois modules en emballement). Nous concluons que le sprinklage a permis de ralentir la propagation entre caisses superposées sans toutefois l?empêcher. Le sprinklage a aussi pu avoir un impact positif sur la propagation horizontale au sein d?une même caisse puisqu?il a permis d?arrêter la propagation entre modules au sein de la caisse. Les essais réalisés ne permettent pas de conclure formellement sur la possibilité de propagation vers une caisse située au- dessous de la caisse en emballement mais les coulées de métal en fusion restant plusieurs dizaines de minutes à plus de 1000 °C laissent penser qu?une propagation rapide aura lieu. L?extinction à eau, semble donc pouvoir être recommandée sur ce type de feu. Même s?il est clair que cela ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration propice (empilement par deux comme ici testé par exemple), elle peut permettre de limiter la propagation de l?incendie. Si elle intervient dans un délai plus long, l?arrêt de la propagation ne peut pas être garantie par les essais réalisés mais elle sera vraisemblablement bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Il y a cependant des contreparties à prendre en compte : la projection de métal en fusion ; la production de gaz toxiques et inflammable (CO, H2, ?). Aussi une fois la phase intense de l?incendie terminée il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables. Aussi, il est recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées. ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage) Ces conclusions, transposées à des conditions de stockage en entrepÃŽt montrent que les distances d?effets associées à l?incendie d?un tel entrepÃŽt atteindraient des valeurs jusqu?à 5 fois celles observées sur des entrepÃŽts de produits courants. Elles montrent également que la tenue mécanique des murs REI120 serait compromise en cas de stockage de palettes à proximité du mur (quelques mÚtres) au regard des températures atteintes (de l?ordre de 1400 °C). Le débit calorifique de l?incendie atteindrait des valeurs trÚs importantes (plusieurs dizaines de GW pour des durées d?incendie limitées (possiblement inférieure à 1 h). ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants Afin de préciser si les moyens de protection utilisés dans les derniÚres heures d'extinction permettent de protéger convenablement les intervenants et aprÚs des observations préliminaires de réactivité des résidus d?essais, des essais de détermination de l?hydro réactivité, suivant l?épreuve N.5 du Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU (ST/SG/AC.10/11/Rev.8) ont été réalisés sur le résidu de combustion de batteries prélevé « Tel Quel » et permettent de conclure que : ? Un fort dégagement gazeux a été observé systématiquement pour chaque phase de l?épreuve dans les conditions d?essais, et une inflammation immédiate et vive des gaz générés a été mise en évidence lors des tentatives d?inflammation à l?aide d?une flamme produite par un brûleur à gaz (à distance d?environ 30 cm minimum) ; ? Des débits de gaz allant jusqu?à environ 576 L/h.kg en débit maximal sur 1 h ont été mesurés ; ? Le résidu de combustion est donc considéré comme étant hydro réactif. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 186 sur 200 Cette réactivité conduisant à des émissions de chaleur et de gaz toxique/inflammable/pyrophorique que sont l?acétylÚne (C2H2), la phosphine (PH3) et probablement le dihydrogÚne (H2). Cette réactivité est expliquée par la présence de Li3P, de Li2C2 et de lithium métal dans les résidus. Ceci rend, dans les derniers moments de l?extinction, et plus généralement la gestion post accidentelle complexe et nécessitant une protection adéquate de intervenants. Enfin cette étude connait certaines limitations et d?autres études pourraient être nécessaires afin de mieux définir les conditions de stockages optimales de ces modules. L?ensemble des modules testés étaient complÚtement chargés (SOC 100 %) or il est reconnu qu?une réduction de l?état de charge permet de diminuer la réactivité des batteries Li-ion, l?influence de l?état de charge pour des batteries Li-métal reste à déterminer. Les essais de cette campagne ont eu lieu à température ambiante. Etudier l?effet d?une réduction de température sur la possibilité de ces modules à réagir et sur les possibilités de propager revêt un intérêt, d?autant plus que des dérogations au transport pour des modules endommagés ont été émises sous cette condition. Nous noterons aussi la possibilité d?extrapolation de certains de ces résultats à d?autres batteries contenant du Li-métal à l?anode, ce qui semble être l?option favorisée par les constructeurs automobiles dans leurs feuilles de route à l?horizon 2035, particuliÚrement dans le cas des batteries dites tout solides. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 187 sur 200 18 Annexes Liste des annexes : - Annexe 1 : Courriel de demande du BEA-RI ? 1 page ; - Annexe 2 : Méthodes expérimentale ? 6 pages ; - Annexe 3 : Protocole de chauffe rapide localisée ? 3 pages ; - Annexe 4 : Méthode de mesure du débit calorifique et de la chaleur de combustion ? 2 pages. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 188 sur 200 Annexe 1 : Courriel de demande du BEA-RI ? 1 page Mission conjointe BEA-RI - INERIS Le BEA-RI a décidé le 17/01/2023 d?ouvrir une enquête sur l?évÚnement survenu le 16/01/2023 au sein de l?entreprise SAS HIGHWAY France Logistics située à Grand-Couronne (76). Deux enquêteurs du BEA-RI se sont rendus sur site. Selon les premiers éléments de l'enquête, l'incendie qui s'est produit semble avoir mis en cause des modules de batteries de type LMP. Dans la continuité des constats dressés lors de cette visite, nous souhaiterions mobiliser l?expertise de l'INERIS, dans le cadre de sa coopération avec le BEA-RI, pour évaluer le rÃŽle qu'aurait joué ces modules dans l'occurrence et le développement de l'incendie. En pratique, il est demandé à l'INERIS de réaliser des essais sur des modules ou sur des cellules électrochimiques en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dit à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ; ? D'étudier les mécanismes de propagations de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. ? D'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisé dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage); ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés ; ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ces essais seront réalisés à partir d'éléments qui auront été récupérés par le BEA-RI auprÚs de l'industriel. Nous souhaiterions pouvoir disposer de vos conclusions au travers d?un rapport (au format pdf) selon un calendrier qui sera défini entre vos équipes et les enquêteurs en charge de l?affaire. Fait à la Défense, le 22/05/2024 Laurent Olivé Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 189 sur 200 Annexe 2 : Méthodes expérimentales ? 6 pages Static crush Y Static crush Z Essai le 11/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2- 20151 ±100 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2- 20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure Flux radiatif Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement flux HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Essai le 23/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2-20151 ±100 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2-20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure Flux radiatif Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement flux HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 190 sur 200 Nail Chauffe localisée module Chauffe localisée cellule Essai le 27/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2- 20151 ±10 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2- 20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Essai le 29/11/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±100 V ±0,2% 10/01/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC Hioki LR8532 230108389 M-A2- 21896 0/+1350°C ±1 °C 10/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1,4) Enregistrement température Pyro Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Essai le 16/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM M1609KB 9E5001426 M- A2-20019 -100/+1300°C ±0,72 °C 08/04/2024 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 191 sur 200 Flux radiatif Feu caisse Essai le 23/11/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±100 V ±0,2% 10/01/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA Enregistrement température TC Hioki LR8532 230108389 M-A2- 21896 0/+1350°C ±1 °C 10/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Essai le 22/03/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 1) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 192 sur 200 Propagation Feu caisse + sprinklage Essai le 07/03/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 M1609KB 9E5001426 M- A2-20019 M1609KB 9E500F127 M- A2-20161 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 31/01/2023 31/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Essai le 16/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 09/04/2024 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 -100/+1300°C ±0,72 °C 09/04/2024 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 193 sur 200 Propagation + sprinklage Note 1 : L'incertitude sur la valeur de température vient plutÃŽt de la méconnaissance de l'émittance qui dans cette étude a été fixée à 0,95. L'émittance théorique maximale étant de 1, les valeurs données dans l'étude sont vraisemblablement minorantes. On estime ainsi une précision de la mesure de l'ordre de 10 %. Note 2 : Acheté conforme, classe 1 utilisée pour 1 seul essai. Note 3 : Livré calibré, utilisé moins de 1 an ou dÚs qu'exposé à un flux trop élevé (valeur crÚte dépassée). Note 4 : L'incertitude des valeurs relevées par le pyromÚtre est de 0,5 % + 1 K. Note 5 : ContrÃŽle avec une masse étalon de 20 kg. Utilisée pour estimer la perte de masse et non pas la masse de l'échantillon. Pour l?ensemble des essais : - Analyse de gaz en continu : Le prélÚvement est fait selon les rÚgles de l?art et compatible avec la norme ISO 19702, incluant notamment une température de 180°C pour la ligne de prélÚvement (filtration et ligne de transfert). D'aprÚs notre expérience, la répétabilité des mesures de gaz, en tenant compte de l'échantillonnage et de l'analyse pour ce type de mesure, est de l'ordre de 5 à 15 % selon le gaz. Pour le HF et certains carbonates, malgré les précautions prises pour limiter la perte de signal, en raison de sa forte réactivité, une partie du signal peut être perdue dans la ligne d'échantillonnage et le filtre, ce qui peut entraîner une sous-estimation supplémentaire. o FTIR Nicolet IS50, cellule chemin optique 2 m, volume 200 ml. Gamme spectrale 650-4200cm-1, l?analyse se fait aussi à cette température. Etalonnage de chaque gaz sur un minimum de 5 points sur la gamme d?analyse. Pour les gaz n?ayant pas une réponse linéaire, le nombre de points peut être conséquent (jusqu?à 40 valeurs par ex) pour ne pas rajouter d?erreur de linéarisation pendant l?étalonnage. Les différentes concentrations d?étalonnage sont produites par dilution d?un mélange gazeux étalon ou par génération de vapeurs via une valise de calibration (cas des substances liquides à température ambiante). Essai le 04/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 M1609KB 9E500F127 M- A2-20161 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 31/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 194 sur 200 o O2 : Analyseur Servomex avec cellule paramagnétique ? modÚle Xentra 4100. o CO/CO2 : Analyse par technique NDIR ? Siemens Ultramat23 et Servomex Xentra 4100. o HCT : Analyseur par technique FID (flame ionisation detector) de marque JUM modÚle 3-800. o H2 : SpectromÚtre de masse INFICON modÚle LDS3000. L?ensemble de ces analyseurs (hormis le FTIR) est contrÃŽlé à l?aide de mélange gazeux étalons avant chaque essai. (CO/CO2/O2, H2 et propane (analyseur FID). Une redondance entre la mesure de CO et CO2 entre les analyseurs et le FTIR permet également un contrÃŽle de la cohérence des mesures. - Calorimétrie OC et CGD : En plus des 5 à 10 % d?erreurs sur la mesure des gaz (O2, CO2, CO), sur ce type d'incendie et à cette échelle, notre estimation de la précision du taux de dégagement de chaleur prévisible se situe entre 15 % et 20 %20. O. Willstrand et al. estiment quant à eux une incertitude inférieure à 10 % pour des batteries Li-ion21 et précisent que l?erreur va dans le sens de la sous-estimation. Ces valeurs sont cohérentes avec des techniques similaires de calorimétrie de feu, où la charge de feu est en grande partie inconnue ou variable dans le temps22. Outre cette précision intrinsÚque, dans le cas d'un incendie de batterie, la perte de chaleur due à un processus électrique (chauffage par effet joule) ou chimique (décomposition exothermique du sel et d'autres composants inorganiques) ne peut pas être prise en compte dans le calcul et peut représenter jusqu'à 1/3 de l'énergie thermique totale libérée en supplément23. Il est vrai que le cas des feux de métaux est particulier mais, le Li-métal représente moins de 10 % de la masse d?un module, l?impact sur la mesure globale reste limité et aucune méthode de calorimétrie exploitable à grande échelle ne permet, à notre connaissance, de prendre en compte la contribution du feu de métal au dégagement d?énergie. Le choix de préférer d?exploiter les résultats obtenus par la méthode OC par rapport à CDG est justifié par la moindre variation de coefficients selon le combustible et par le fait que la combustion du Li n?émet pas de carbone mais consomme de l?oxygÚne. Willstrand et al. abondent dans ce sens dans ?Fire safety journal? en 2024 : « Les variations relativement faibles du dégagement de chaleur par unité de masse d'oxygÚne consommée pour différents combustibles rendent cette méthode largement acceptée pour les mesures du HRR lors d'essais au feu. Une méthode similaire, la calorimétrie de génération de dioxyde de carbone (CDG), est basée sur la production de CO2 au lieu de la consommation d'O2. Cependant, le dégagement de chaleur par unité de masse de CO2 produit varie comparativement plus entre les différents combustibles ». - - Pour les eaux d?extinction, gaz et les particules en discontinu : sauf exception, ces mesures ne sont pas utilisées en quantitatif mais en qualitatif et comme identification de traceurs. Les LQ sont précisées dans le rapport. 1. S. Brohez C. Delvosalle G. Marlair A. Tewarson in Proceedings of the 13th International Congress of Chemical and Process Engineering (2nd Symposium on Environmental and Safety Engineering, CHISA 98), Paper. 12 (Citeseer). 2. Ola Willstrand, Mohit Pushp, Haukur Ingason, Daniel Brandell ; Uncertainties in the use of oxygen consumption calorimetry for heat release measurements in lithium-ion battery fires, Fire Safety Journal, 2024 3. R. Bryant, M. Bundy, the NIST 20 MW Calorimetry Measurement System for Large-fire Research (NIST Technical Note TN 2077) National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD (2019) 4. R.E. Lyon, R.N. Walters Energetics of lithium ion battery failure J. Hazard. Mater., 318 (2016), pp. 164- 172, 10.1016/j.jhazmat.2016.06.047 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 195 sur 200 Annexe 3 : Protocole de chauffe rapide localisée ? 3 pages Extraits de la série 05 du R100, adoptée en GRSP en décembre 2024 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 196 sur 200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 197 sur 200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 198 sur 200 Annexe 4 : Méthode de mesure du débit calorifique et de la chaleur de combustion ? 2 pages Il est d'usage depuis le début des années 80 de mesurer le débit calorifique des incendies (ou puissance thermique dégagée, ou HRR en anglais pour heat release rate) par des méthodes dites de calorimétrie incendie, basées sur les bilans matiÚres effectués sur les gaz émis en s'appuyant sur les lois de la thermochimie qui permettent de relier l'énergie théorique dissipée et la consommation ou production d'espÚces chimiques associées à une combustion : a) calorimétrie basée sur la consommation d'oxygÚne, méthode dite OC (Oxygen consumption) : il a été démontré (principe de Thornton) que pour la plupart des matiÚres combustibles carbonées, la consommation d'1 kg d'O2 correspond à la production de 13,1 MJ d'énergie : ce facteur calorimétrique est un coefficient moyen, et en pratique on tient compte des pertes liées aux émissions de composés imbrûlés (CO notamment) et d'autres facteurs de correction ; b) le principe CDG (Carbon dioxyde production) permet de relier cette même grandeur (HRR) aux débits de production d'oxydes de carbone (CO + CO2). Ces méthodes permettent de s'affranchir des contraintes liées à l'établissement d'un bilan thermique conventionnel (mesures des différentes pertes par convection, conduction et rayonnement), quasiment impossible en pratique à appliquer dans un essai feu. Les études publiées sur le niveau de précision de ces méthodes alternatives fait valoir des précisions variables allant de +/-5% pour des feux "simples" (ex. feu de nappe de solvant) menés sur appareillages de laboratoire (calorimÚtre de Tewarson, échelle 10 à 100 g) à des précisions de l'ordre de 15/18 % sur des feux complexes, tridimensionnels (cas présent) ou des expérimentations à grande échelle (échelle de 10 kg à 1000 kg). La détermination du débit calorifique (HRR) ne préjuge donc pas du mode de transfert thermique de la chaleur dégagée par unité de temps ; les pertes par conduction sont généralement négligeables dans les scénarios pris en compte en ingénierie du feu. Dans le cadre de l?essai réalisé, le HRR a été calculé en utilisant la méthode b), suivant le principe CDG selon l?équation (1) suivante : (éq. 1) Avec : CDG q? : débit calorifique ou heat release rate (kW ou kW/m2), 2 0 COm? : débit massique de production de CO2 initial (g/s), 2COm? : débit massique de production de CO2 au cours de la combustion (g/s), : débit massique de production de CO au cours de la combustion (g/s), 2COE : quantité d?énergie libérée par unité de masse de CO2 générée = 13,3±11% kJ/g de CO224, : quantité d?énergie libérée par unité de masse de CO générée = 11,1±18% kJ/g de CO. 24 Biteau, H., et al., Calculation Methods for the Heat Release Rate of Materials of Unknown Composition. Fire Safety Science, 2008. 9: p. 1165-1176. ? ?2 2 2 0 CDG CO CO CO CO COq E m m E m eq? ? ?? ? ? ? ????? COE Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 199 sur 200 La chaleur de combustion généralement exprimée en MJ/kg ou kJ/g est la quantité de chaleur produite durant la phase de combustion. Elle est calculée par l?intégration de l?aire sous la courbe HRR ; la chaleur de combustion totale dissipée est alors déterminée. En revanche, une limitation de la technique utilisée est le fait que l?énergie électrique stockée libérée pendant l?essai n?est pas directement accessible par la calorimétrie incendie, car non liée à des réactions thermochimiques (effet Joule). 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 P a g e 62 | 62 Bureau d?enquêtes et d?Analyses sur les Risques Industriels MTE / IGEDD / BEA-RI Tour Séquoïa 92055 La Défense Cedex +33 1 40 81 21 22 bea-ri.igedd@developpement-durable.gouv.fr https://www.igedd.developpement- durable.gouv.fr/bea-ri-r549.html (ATTENTION: OPTION ©e par l'emballement du module. Le flash lumineux important visible 4 à 5 minutes aprÚs l'alerte correspond à l'emballement thermique d'un module. En l'occurrence il pourrait s'agir du module voisin dans la même caisse, potentiellement situé en bord. Plus visible depuis l'allée et dans une caisse qui a été en partie détruite par le feu, les effets de ce second emballement sont plus visibles. Au regard de ces éléments, le BEA-RI privilégie l'hypothÚse que les premiÚres flammes sont la conséquence de l'emballement thermique d'un module. Concernant le départ spontané du module, il n'a pas été possible de déterminer la cause premiÚre de l'emballement. Une des difficultés d'établir le lien de causalité entre un défaut ou une agression externe et l'emballement thermique est le caractÚre différé du mécanisme d'emballement mis en évidence dans les essais. On ne peut donc exclure que l'agression initiale ou le défaut se soit produit ou formé plusieurs heures avant le déclenchement de la réaction. L'autre difficulté tient au résultat des essais à proprement parler. L'essai mécanique a permis de montrer qu'un tel phénomÚne était tout à fait plausible sur un module à température ambiante ayant subi une agression externe (chute, chute d'objet sur la caisse, coup de fourche). Concernant l'hypothÚse du court- circuit interne, plusieurs essais ont été réalisés. Si les résultats obtenus (absence d'emballement 40 L'essai de compression a permis de constater que l'emballement thermique peut se produit sans aucun signe annonciateur, puisque l'emballement thermique s'est produit soudainement, sans montée en température visible, sans dégagement de fumée ou de gaz. Les fumées perceptibles lors des autres essais ne sont pas attribuées au module mais à la montée en température des adhésifs (utilisés pour fixer le dispositif d'allumage). Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 50 | 62 thermique à l'essai clou) montrent une bonne tenue de la cellule LMP à ce type d'agression, ils ne peuvent permettre d'exclure à eux seuls cette éventualité. L'essai de chauffe localisé ne permet pas de prouver que le court-circuit interne est possible, il permet tout au plus de constater qu'un effet joule trÚs localisé suffisamment intense permet de déclencher l'emballement thermique. Ces essais permettent d'établir que l'emballement spontané du module, dans des circonstances particuliÚres, est une hypothÚse qui ne peut être exclue. Les essais apportent enfin la certitude qu'il suffit de l'emballement thermique d'un module pour provoquer l'incendie généralisé de la cellule. Le phénomÚne d'emballement est particuliÚrement violent et rapide, les températures atteignent les 1600°C en quelques secondes et les fumées produites sont importantes. Il était impossible pour un opérateur d'intervenir sur l'origine du foyer avec les moyens d'extinction dont il disposait. Les essais ont montré que le phénomÚne d'emballement thermique s'accompagne de flammes et de projections de métal en fusion potentiellement dangereuses pour les primo-intervenants s'ils ne disposent pas de tenue de protection adaptée et d'une formation spécifique. Il est donc possible d'affirmer qu'une fois déclenché, le phénomÚne d'emballement se propage de module en module et met le feu aux matiÚres combustibles présentes à proximité. La propagation est facilitée par les phénomÚnes de projections dans le voisinage immédiat et par les coulées de métal en fusion sur les caisses des racks inférieurs. Le déclenchement du systÚme d'extinction automatique qui intervient 2 minutes aprÚs l'alerte n'a tout au plus pour effet que de ralentir la propagation de l'incendie sans la stopper. Il en aurait été peut-être autrement si l'emballement thermique s'était produit sur une caisse située au sommet d'une pile et exposée directement à l'eau41. En tout état de cause, l'eau projetée à ce stade n'a pas eu d'effet aggravant sur le développement de l'incendie (essais de propagation avec sprinklage42). Le feu produit par la combustion des emballages et des autres produits stockés, que nous qualifierons de conventionnel (par opposition aux phénomÚnes d'emballement thermique), peut également faire entrer les modules encore intacts en emballement thermique. Les essais ont montré que pris dans un incendie, les modules partent en emballement thermique en quelques minutes (10 minutes dans un feu classique). Les températures produites sont maintenues à des niveaux trÚs élevés (au-delà des 1200°C) ce qui provoque l'affaiblissement des racks et leur effondrement. Concernant les explosions constatées à l'arrivée des pompiers, aucun des essais réalisés par l'INERIS n'a donné lieu à des phénomÚnes d'explosion tels que ceux constatés le jour de l'intervention. Les essais ont 41 L'aspersion directe d'eau ayant permis dans un des essais de stopper la propagation de module à module au sein d'une même caisse de transport. 42 Rapport INERIS Annexe I Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 51 | 62 permis de constater que l'emballement thermique d'un module s'accompagne de projections de métal en fusion dans un rayon de quelques mÚtres sans atteindre des hauteurs importantes. Cela peut s'expliquer par le fait que les modules, bien que scellés, sont équipés d'un disque de rupture et fondent rapidement sous l'effet de la chaleur produite. Les gaz inflammables produits par les réactions exothermiques sont, compte-tenu des températures atteintes, brûlés instantanément. Les enquêteurs ont donc recherché d'autres causes possibles de ces projections. L'état des stocks communiqué dans le cadre de l'enquête par la société Bolloré Logistics mentionne la présence d'un millier de dispositifs d'airbags au sein de la cellule le jour de l'incendie. La majeure partie de ces dispositifs était stockée sur des racks où étaient également stockées en partie basse les caisses de modules. Les dispositifs pyrotechniques étaient donc directement exposés aux flux thermiques générés par l'incendie des modules. Ainsi les essais invalident l?hypothÚse que les projections observées à grande hauteur dans les panaches de fumées puissent être dues aux modules. En revanche, la présence des dispositifs d'airbag peut en être à l'origine. Cela limite également l'implication des modules dans le franchissement du mur intercellules par projections aux seuls modules placés suffisamment haut et proche du mur dans les racks pour que les projections produites puissent franchir le mur. Le franchissement du mur intercellules 1-2 peut avoir plusieurs explications : retombées de projections par un des exutoires de fumées ouvert, passage des fumées et des gaz de combustion qui parviennent à traverser le mur intercellules 1-2 soit par la zone supérieure du mur à la jonction avec la toiture (qui est particuliÚrement exposée et dégradée) soit par les dégradations produites par l'incendie (passage de canalisation, portes coupe-feu endommagées) soit par conduction de la chaleur par les canalisations traversantes. Au final, lorsque le feu se déclare dans la cellule n°2, la défense incendie par sprinkler n'est plus opérationnelle et le feu peut se développer. Concernant l'incendie de la cellule 3, le franchissement du mur intercellules 2-3 n'a pas fait l'objet d'investigations spécifiques. Les enquêteurs ont pu relever que les désordres constatés sur le mur intercellules 3-2 sont similaires à ceux constatés entre le mur intercellules 1-2 (importante dégradation de la poutre supérieure et perte de l'étanchéité aux fumées, éclatement du béton autour des passages de canalisations qui tendent à confirmer une montée en température de ces derniÚres). VI.2 Facteurs contributifs Les facteurs contributifs sont des éléments qui, sans être déterminant, ont pu jouer un rÃŽle dans la survenance, l?atténuation ou l?aggravation de l?événement. VI.2.1 L'absence de dispositif de confinement du phénomÚne d'emballement thermique Le développement de l'incendie a pu être possible en raison de l'absence de dispositif qui aurait empêché ou ralenti la propagation du phénomÚne à plusieurs niveaux. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 52 | 62 Le rapport produit par l'INERIS met en évidence qu'à l'échelle de la cellule électrochimique, il "n'y a pas de différence fondamentale entre les technologies Li-ion et LMP43" en termes de débit calorifique mesuré. En revanche, à l'échelle du module, le débit calorifique d'un module peut notablement varier, du fait notamment de l'absence de séparation physique entre cellules qui permet une propagation plus rapide dans le cas du module LMP testé. Il en est donc de même à l'échelle de la caisse de transport ou du rack de stockage au sein desquels aucun dispositif n'est prévu pour empêcher ou ralentir la propagation de module à module qui peut se faire à des cinétiques élevées. VI.2.2 La cinétique de propagation Les essais réalisés ont permis d'évaluer la vitesse avec laquelle l'incendie a pu se propager aux caisses puis aux racks voisins probablement plus rapidement vers les racks accolés dos à dos. Les essais ont permis de voir qu'il fallait en moyenne 90s pour que, dans une même caisse de transport, le phénomÚne d'emballement thermique se communique au module voisin et 3min30 s pour un module situé sur la palette du dessus. La figure 6 ci-dessous permet de visualiser une propagation théorique au cours des 10 minutes qui suivent le premier emballement de module. Figure 6 : Propagation théorique du phénomÚne d'emballement thermique dans une configuration de stockage en rack telle qu'elle était pratiquée dans l'entrepÃŽt. Le premier module qui entre en emballement thermique est repéré par une étincelle rouge. Les modules entrés en emballement thermique sont représentés en rouge. Ce résultat est obtenu au bout d'une durée de 10 minutes pour une caisse de 7 modules, en tenant compte des résultats des essais de propagation. Le nombre de modules dépend de l'emplacement du premier module défaillant et du nombre de modules dans la caisse. Cette propagation théorique modélisée sur une palette à partir de l'emballement thermique d'un module ne tient pas compte d'autres éléments qui vont avoir pour effet d'augmenter la vitesse de 43 Rapport Ineris "12-1 Comparaison avec un feu de batterie Lithium" Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 53 | 62 propagation : projections, coulées de métal en fusion, effondrement des racks sous l'effet de la chaleur et chute des modules vont faciliter les départs emballements thermiques de modules. Rappelons également que 10 min c'est également le délai de déclenchement d'emballement d'un module pris dans un incendie conventionnel. Peuvent donc être concernés les modules non adjacents mais situé au droit des flammes. VI.2.3 L'absence de procédure d'intervention sur des départs d'incendie Les opérateurs qui travaillaient dans la cellule exploitée par Bolloré Logistics disposaient d'une formation, classiquement dispensée dans le domaine de la logistique, du maniement d'appareils d'extinction (extincteur et RIA) et de l'évacuation. En l'absence de protocole clair et de moyens de protection et d'intervention, il était impossible pour les opérateurs d'intervenir, dans les premiers instants, efficacement et sans se mettre en danger. VI.2.4 L'absence d'un systÚme d'extinction adapté aux marchandises stockées Les essais produits par l'INERIS ont montré que le systÚme d'extinction, compte-tenu du mode de stockage, ne pouvait empêcher l'embrasement généralisé de la cellule. En revanche, ces mêmes essais ouvrent des perspectives en matiÚre de dispositif de lutte contre ce type d'incendie notamment par un usage adapté du sprinklage. VI.2.5 La quantité de modules stockés L'ampleur, la durée et les conséquences de l'incendie de la cellule 1 sont directement liées à la quantité de modules qui était présente dans la cellule, elle-même étant la conséquence de l'absence d'écoulement du stock de modules usagés. VI.2.6 L'absence d'un systÚme d'extinction opérationnel sur l'incendie des autres cellules Dans la cellule 2 (et plus tard dans la cellule 3), l'incendie n'a pas été ralenti ou stoppé dans son développement dans la mesure où le systÚme d'extinction automatique n'était plus opérationnel au moment où le premier foyer y est apparu. Cette indisponibilité a nécessairement joué un rÃŽle dans la propagation de l'incendie aux cellules 2 et 3 en privant les services de secours d'un moyen d'extinction fixe. Il est important de noter que le systÚme d'extinction aurait été efficace uniquement pour le premier départ d'incendie. En effet, la stratégie d'extinction repose sur l'hypothÚse que l'incendie démarre en un seul point et que tous les moyens sont mobilisés pour éteindre le premier foyer. Du fait de la durée d'incendie de la cellule 1 puis de la cellule 2, il est tout à fait possible d'imaginer qu'il se serait produit plusieurs propagations dans le temps. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 54 | 62 VI.2.7 La présence de produits combustibles et explosifs dans la même cellule La cellule contenait des produits combustibles et des produits explosifs. Leur présence a contribué au développement rapide et violent de l'incendie dans la cellule. En outre, le BEA-RI retient que les dispositifs d'airbag ont probablement joué un rÃŽle dans la formation des phénomÚnes d'explosion et de projections qui ont été constatés à l'extérieur de la cellule au cours de la premiÚre heure d'intervention des services de secours du SDIS. VI.2.8 Des difficultés opérationnelles La présence de la ligne haute tension au sud de l'entrepÃŽt a constitué une gêne dans le déroulement des opérations de secours. Le BEA-RI considÚre néanmoins que la présence d'un deuxiÚme bras élévateur au sud n'aurait pas permis d'éteindre l'incendie de la cellule 1. En outre, compte-tenu de la portée des moyens mobilisés, la largeur de l'entrepÃŽt, la présence des locaux de bureau et les flux thermiques générés ont constitué des contraintes fortes qui n'ont pas permis de positionner les engins au plus prÚs du bâtiment à protéger et qui ont limité l'efficacité de l'intervention. VI.2.9 Le défaut d'étanchéité des murs intercellules L'examen des murs intercellules permet de constater que les murs ont particuliÚrement souffert lors de l'incendie (défaut d'étanchéité en partie haute entre les éléments du mur et la poutre supérieure, passage de canalisations qui ont chauffé, endommagement de la porte coupe-feu, trou formé par un projectile). Ces dégradations consécutives à l'incendie ont pu favoriser la diffusion des fumées et des gaz d'incendie et la propagation de l'incendie. VII. Enseignements de sécurité VII.1 Emballement des batteries LMP en sommeil L'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 et les tests réalisés par l'INERIS démontrent que même lorsque la batterie LMP est à température ambiante, c?est-à-dire que son électrolyte est solide (donc moins conducteur), des défauts internes ou des agressions externes peuvent initier un emballement thermique. VII.2 Caractéristiques d'un emballement thermique de batterie LMP L'emballement thermique de la batterie LMP est un phénomÚne qui s'apparente à un feu de métaux. Il est soudain et n?est précédé d'aucun signe de mécanisme réactionnel. Pris dans un incendie, un module LMP entre en emballement thermique au bout de 10 min environ. Cet emballement s'accompagne de la formation de flammes de forte émittance et de projections de métal en fusion. Les températures atteintes oscillent autour des 1600°C ce qui explique la formation de coulées de métal en fusion. Les projections et les coulées de métal en fusion ainsi que les forts rayonnements générés favorisent la propagation du phénomÚne dangereux et le développement de l'incendie. L?énergie de combustion Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 55 | 62 spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure en comparaison avec ce qui a pu être déjà observé à l?INERIS sur des cellules Li-ion NMC. Hormis la premiÚre explosion de faible ampleur attribuée à la rupture du disque de rupture présent sur le module, aucun phénomÚne d'explosion de module LMP n'a été observé au cours des essais réalisés44. VII.3 Les fumées d'incendies de module LMP Sur le plan quantitatif, l'incendie de modules LMP produit des quantités importantes de fumées qui ont pu être observées lors de l'exploitation des images de vidéo surveillance et être corroborées par les essais. L'exploitation des résultats d'essai montrent que les débits surfaciques45 sont multipliés par 4 par rapport à un incendie de pneumatiques ce qui nécessiterait d'adapter les normes applicables en matiÚre de désenfumage. Sur le plan qualitatif, les analyses de fumées réalisées dans le cadre des essais montrent que les fumées produites par l'incendie de modules de batteries présentent un potentiel toxique comparable à un incendie de pneumatiques. VII.4 Les gaz produits en phase de déclin de l'incendie Les gaz produits par l'emballement thermique d'un module sont essentiellement du CO2 et dans des proportions moindres du CO et du NO. D'autres gaz sont mesurés de maniÚre marginale (HF, SO2, H2, CH4). L?aspersion d?eau modifie sensiblement la composition des émissions. En effet, s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) fait son apparition. Une modélisation a été produite par l'Ineris dans le cadre du rapport pour évaluer l'impact potentiel de cette production de phosphine. Sur la base d'hypothÚses majorantes (superficie de 3 000 m² de résidus de batteries prises dans l?incendie, équivalent à une demi cellule, arrosage de la totalité de déchets) les modélisations donnent des distances d'effet irréversible à 250 m. Ces résultats conduisent le BEA-RI à tirer les enseignements de sécurité suivant : ? En plus d'être toxique, la phosphine est un gaz inflammable dont la température d'auto- inflammation est de 38°C, sa dispersion dans l'air ne peut s'envisager que lorsque la température du foyer est suffisamment basse et en présence d'eau. Les essais ont permis de constater des émissions à 84°C. ? Le seuil olfactif de la phosphine est trÚs en deçà des seuils des effets toxicologiques, son odeur d'ail ou de poisson pourri doit constituer une alerte. ? Il peut être pertinent de mettre en place une surveillance spécifique de ce gaz en phase de déclin de l'incendie surtout en cas d'utilisation ou de présence d'eau. 44 Ce constat a été réalisé sur les 26 modules qui sont entrés en emballement thermique. 45 Débit surfacique d?environ 177 g/m2/s pour un incendie de modules LMP, 40g/m2/s pour des pneus et 12g/m2/s pour des câbles électriques (Rapport Ineris point 11.2.4) Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 56 | 62 VII.5 Effet de l'extinction à l'eau Les essais n'ont pas permis de mettre en évidence d'incompatibilité forte quant à l'usage de l'eau à des fins d'extinction. D'aucune utilité sur un module en cours de réaction, elle peut permettre de limiter la propagation de l?incendie si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration adaptée. A quantité d'eau équivalente, le systÚme d'extinction testé est parvenu à stopper la propagation dans une configuration de stockage (une seule caisse) et seulement à la ralentir dans un autre mode de stockage (deux caisses superposées). Si elle intervient dans un délai plus long, elle peut également s?avérer bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Ce retour d'expérience confirme que l'eau peut être utilisée quelle que soit la technologie de batterie lithium. En revanche, concernant les batteries lithium métal, une fois la phase intense de l'emballement thermique passée, l'arrosage à l'eau des résidus peut s'avérer contreproductif compte-tenu de la production de gaz toxiques et inflammables (cf. VII.3). VII.6 La modélisation d'un incendie de cellule de stockage de batteries Le BEA-RI a demandé à l'Ineris de modéliser, sur la base d'une cellule de stockage théorique, l'impact en termes de zones d'effets, du changement d'affectation d'une cellule de stockage de produits combustible en cellule de stockage de batteries lithium. La modélisation a été réalisée à partir des résultats des essais exposés dans le cadre du présent rapport et, pour ce qui concerne les données utilisées pour modéliser le feu de cellule lithium ion, d'un travail de bibliographie46. Deux configurations théoriques de stockage ont été comparées : ? Un stockage en racks contenant des palettes type de produits combustibles (référence utilisée dans les entrepÃŽts relevant de la rubrique 1510) ; ? Un stockage en rack contenant une palette de 25 modules LMP (ce qui est cohérent avec le stockage en caisse de 7 modules sur quatre niveaux de palettes). À dispositions techniques égales, les modélisations donnent en synthÚse les enseignements47 suivant : ? "Le débit calorifique lié à l?incendie d?une palette de modules LMP est pratiquement 6 fois plus élevé que celui associé à l?incendie d?une palette classée sous la rubrique 1510" ; ? "Les températures de flamme liées à l?incendie d?un stockage de modules LMP peuvent atteindre en moyenne plus de 1400 °C et sont susceptibles de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 sous réserve que ce stockage soit situé à proximité du mur à moins d?une dizaine de mÚtres, et disposé le long du mur sur une dizaine de mÚtres minimum" ; 46 Annexe I Rapport Ineris 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion" 47 Annexe I Rapport Ineris 12.3 SynthÚse de la modélisation d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 57 | 62 ? "Les distances d?effets au seuil des effets irréversibles (SEI) associées à l?incendie d?un entrepÃŽt de 6000 m², de 13 m de hauteur et doté de murs REI120 composé d?un stockage en racks de palettes de modules LMP pourraient atteindre plus de 110 m. Les distances d?effets au seuil des effets domino (8 kW/m²) pourraient atteindre 85 m. Ces distances sont au minimum 5 fois plus élevées que celles associées à un entrepÃŽt de produits courant (rubrique 1510)" ; ? "Les besoins de désenfumage des entrepÃŽts stockant des batteries LMP pourraient être supérieures à ceux préconisés dans la rubrique ICPE1510." Le BEA-RI précise que ces résultats ont été obtenus à partir de dimensions de stockage fictives et n'ont d'autres buts que d'apporter des éléments de comparaison sur la base de configurations de stockages connues et rencontrées dans le domaine de la logistique. Ces résultats permettent d'illustrer à travers un exemple, dans quelle proportion un simple changement de nature de produits stockées peut avoir un impact sur les zones d'effet d'un incendie (y compris pour du stockage Li-ion). Les enseignements tirés des modélisations (tenue des murs, zone d'effet) ne sont pas transposables en tant que tel sur le site de l'accident dans la mesure où les hypothÚses prises pour la modélisation diffÚrent notablement de la configuration connue à Rouen. On relÚve toutefois que des éléments sont en partie vérifiés sur le mur d'enceinte de l'entrepÃŽt qui présente en façade ouest les dégâts les plus marqués, dans une zone où la quantité de modules stockés dans les racks était la plus importante (Cf. Photographie 40). Les dégradations les plus importantes sur les poutres sont constatées à l'aplomb de la zone de stockage des modules (elle correspond également à la zone où les racks ont entiÚrement fondu et représentée en rouge sur la photographie 11 page 23). On peut noter que le mur intercellules 1-2 le long duquel des modules étaient également stockés n'a pas subi les mêmes dégâts. Une des explications peut être le fait que les quantités étaient moins importantes que le long du mur de façade. Elle s'explique aussi par une meilleure tenue structurelle assurée par les poutres de la cellule 2 et les murs des façades nord et sud (poutres et murs qui étaient exposés à des intensités d'incendie moindres). Le BEA-RI précise également qu'il n'a pas mené d'expertise spécifique pour vérifier la conformité des murs aux normes usuellement utilisées (rÚgles APSAD, NFPA ou DTU par exemple) pour les concevoir. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 58 | 62 Photographie 40 : Vue de la cellule 1 et en superposition une représentation de la densité de stockage des batteries sur les différentes travées de racks. Plus la couleur est rouge plus il y a de modules dans les racks. On aperçoit la destruction partielle du mur en façade ouest à un endroit ou la quantité de batteries est importante. VIII. Recommandations de sécurité VIII.1 À destination du fabricant des batteries LMP ? Conduire une réflexion sur le conditionnement des modules au transport pour identifier, le cas échéant, des dispositifs techniques qui permettraient de ralentir la propagation de l'emballement thermique au sein d?une caisse de transport et/ou de stockage. ? Étudier l'effet du taux de charge sur les modules en termes de sensibilité à l'emballement thermique ou de comportement dans un incendie généralisé. ? Poursuivre la recherche sur la mise au point d'un systÚme d'extinction automatique adapté au mode de stockage retenu qui soit efficace pour stopper la propagation de l'incendie (Les résultats obtenus sur les essais avec sprinklage laissant entrevoir des possibilités de maîtrise de la propagation). ? Conduire une réflexion sur la sécurité du stockage de ses propres batteries. Cette réflexion devra aboutir à des préconisations en matiÚre de quantités maximales stockables par cellule compte- tenu des distances d'effets générées, de distances d'exclusion vis-à-vis des murs coupe-feu, Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 59 | 62 d'îlotages et de hauteurs de stockage, de dimensionnement de la détection incendie du systÚme d'extinction automatique et du désenfumage. ? Compléter la fiche de données de sécurité pour préciser le caractÚre hydroréactif des résidus de combustion et la production de phosphine en présence d'eau. ? Établir et diffuser auprÚs des utilisateurs et des services de secours publics un protocole d'intervention en cas de départ d'emballement thermique sur un module pour prévenir le risque de propagation, gérer la phase d'extinction (avec en particulier la question des émissions de phosphine) et maîtriser les risques liés à l'élimination des résidus. ? Définir une procédure de gestion des modules qui ont été choqués ou endommagés en tenant compte du risque d'emballement thermique différé dans le temps. VIII.2 À destination de l'exploitant de l'entrepÃŽt ? Améliorer son organisation en cas de crise pour assurer ses obligations en matiÚre d'information des tiers et de collaboration avec les services de secours, notamment en leur fournissant toutes les informations pertinentes (nature des produits dangereux, plans des installations, présence et fonctionnement des moyens de lutte et de protection contre l'incendie etc.). ? Réévaluer périodiquement la pertinence des moyens d?intervention en cas de sinistre en fonction de la dangerosité des matiÚres stockées. VIII.3 À destination de l'autorité réglementaire ? Dans un contexte d'électrification des usages et des mobilités, faire évoluer la réglementation pour mieux encadrer l?implantation, les dispositions constructives, l?exploitation et la gestion en cas d'accident des sites de stockage des batteries neuves ou usagées, en fonction des typologies de batteries, compte-tenu notamment des enseignements techniques tirés de la présente enquête. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 60 | 62 IX. Annexes Annexe 1 Rapport d'appui technique de l?INERIS à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société Highway Logistics France sur son site de Grand-Couronne (76) (ref. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2024) ..................................................................................... 61 Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 61 | 62 Annexe 1 Rapport d'appui technique de l?INERIS à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société Highway France Logistics 8 sur son site de Grand-Couronne (76) (ref. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2024) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 25/03/2025 Appui technique de l?Ineris à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société highway Logistic France sur son site de Grand-Couronne (76) BEA-RI Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 2 sur 200 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 aprÚs 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 maniÚre objective. L?utilisation du document sous forme d'extraits ou de notes de synthÚse s?effectuera également sous la seule et entiÚre 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 Incendie, Dispersion, Explosion Rédaction : BORDES ARNAUD ? LEROY GUILLAUME ? CLAUDE THEO ? BINOTTO GHISLAIN Vérification : MARLAIR GUY; LECOCQ AMANDINE; GAYA CAROLINE; DELBAERE THIERRY; LESAGE JEROME; CHAUMETTE SYLVAIN; CLAUDE THEO; QUERON JESSICA; BINOTTO GHISLAIN; FRABOULET ISALINE; PAPIN ARNAUD; RABETTE CLEMENT, TRUCHOT BENJAMIN Approbation : Document approuvé le 25/03/2025 par BOUET REMY Liste des autres personnes ayant participé à l?étude : BERTHAUD MAXIME, ENGLER JEROME, CHESNAYE ALEXANDRA, LE LORE PIERRE-ALEXANDRE, CORRADO ANTHONY, OLLIER YANNICK, BERTRAND JEAN-PIERRE, DURUSSEL THIERRY, MANIA STEPHANE, BERTHELOT BRICE, KAROSKI NICOLAS, FUVEL VINCENT, EL MASRI AHMAD Remerciements : BLUE SOLUTIONS pour la fourniture des modules et EC . CARLIER DANY (ICMCB) pour l?analyse RMN, Mössbauer et l?interprétation des analyses de résidus ; KONATE ADAMA (UTC) pour l?analyse DRX Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 3 sur 200 Table des matiÚres 1 Introduction ............................................................................................................................... 13 1.1 Déontologie ....................................................................................................................... 13 1.2 Contexte et objectifs .......................................................................................................... 13 1.3 Structure du rapport ........................................................................................................... 14 1.4 Description d?un module LMP ............................................................................................ 14 1.4.1 Electrochimie ................................................................................................................. 14 1.4.2 Intégration en module .................................................................................................... 15 1.4.3 Protocoles et méthodes expérimentales ......................................................................... 17 2 Choc/chute ................................................................................................................................ 19 2.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 19 2.2 Résultats axe Y ................................................................................................................. 20 2.3 Résultats axe Z .................................................................................................................. 27 2.4 Discussions (extrapolation à une chute, ?)........................................................................ 35 3 Défaut interne ........................................................................................................................... 37 3.1 Essai clou .......................................................................................................................... 37 3.1.1 Objectif et description du protocole d?essai ..................................................................... 37 3.1.2 Résultats ....................................................................................................................... 39 4 Autres hypothÚses non testées .................................................................................................. 42 5 Conclusions de la recherche des causes probables ................................................................... 43 6 Essai de chauffe localisée ......................................................................................................... 45 6.1 Objectif .............................................................................................................................. 45 6.2 Essai sur module ............................................................................................................... 45 6.2.1 Instrumentation et protocole d?essai ............................................................................... 45 6.2.2 Phase de chauffe avec les pads chauffants localisés ..................................................... 49 6.2.3 Pads chauffants mica ..................................................................................................... 49 6.3 Essai sur EC ...................................................................................................................... 56 6.3.1 Instrumentation et protocole d?essai ............................................................................... 56 6.3.2 Résultats ....................................................................................................................... 57 7 Comportement d?un module LMP exposé à un flux calibré (essai feu sur module) ...................... 60 7.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 60 7.2 Résultats ........................................................................................................................... 62 7.2.1 Observations ................................................................................................................. 62 7.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 65 7.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 70 7.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 71 8 Comportement d?une caisse de modules LMP prise dans un incendie (essai feu sur caisse)...... 71 8.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 71 8.2 Résultats ........................................................................................................................... 73 8.2.1 Observations ................................................................................................................. 73 8.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 76 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 4 sur 200 8.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 83 8.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 83 9 Propagation de l?emballement thermique d?un module au sein d?une caisse (essai de propagation sur caisse) ........................................................................................................................................ 84 9.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 84 9.2 Résultats ........................................................................................................................... 86 9.2.1 Observations ................................................................................................................. 86 9.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 89 9.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 94 9.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 94 10 Influence du sprinklage sur l?incendie ........................................................................................ 95 10.1 Influence du sprinklage : essai de propagation caisse ........................................................ 97 10.1.1 .Observations ................................................................................................................ 97 10.1.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie .................................................................... 100 10.1.3 SynthÚse ..................................................................................................................... 106 10.2 Influence du sprinklage sur l?incendie : essai feu englobant sur caisse ............................. 107 10.2.1 Observations ............................................................................................................... 107 10.2.2 Caractéristiques de l?incendie....................................................................................... 110 10.2.3 SynthÚse ..................................................................................................................... 116 10.3 Conclusions sur le sprinklage........................................................................................... 117 11 Analyse des effluents gaz, particules et eaux d?extinction ........................................................ 119 11.1 Méthodes ........................................................................................................................ 119 11.2 Emissions gazeuses ........................................................................................................ 121 11.2.1 Essai flux radiant sur module ....................................................................................... 121 11.2.2 Essai feu sur caisse (7 modules) .................................................................................. 125 11.2.3 Influence du sprinklage sur les émissions gazeuses : essai feu + sprinklage sur caisse 128 11.3 Emissions particulaires .................................................................................................... 134 11.3.1 Particules dans les fumées .......................................................................................... 134 11.3.2 Suies projetées à proximité de l?échantillon (gaine d?extraction, parois et sol) ............... 141 11.4 Analyse des eaux d?extinction .......................................................................................... 150 12 Discussion............................................................................................................................... 153 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion .................................................................... 153 12.2 Scénario d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP ................................................. 155 12.2.1 Comparaison avec un feu de caisse « standard » (1510) et d?un feu de batteries Li-ion tel que discuté pour Flumilog........................................................................................................ 155 12.2.2 Evaluation des distances d?effets thermiques pour un incendie d?entrepÃŽt .................... 157 12.2.3 Analyse de la tenue des murs REI120 .......................................................................... 159 12.2.4 Analyse du besoin en désenfumage ............................................................................. 161 12.2.5 Evaluation des effets toxiques aigÃŒes pour un incendie d?entrepÃŽt................................ 161 12.3 SynthÚse des particularités d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP ..................... 162 13 Observations préliminaires ...................................................................................................... 164 14 Réactivité des résidus ............................................................................................................. 166 14.1 PrélÚvement .................................................................................................................... 166 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 5 sur 200 14.2 Evaluation préliminaire de la réactivité des résidus prélevés ............................................ 166 14.3 Epreuve N.5 : Méthode d?épreuve pour les matiÚres qui, au contact de l?eau, dégagent des gaz inflammables (ONU) ............................................................................................................. 168 14.3.1 Phase 1 ....................................................................................................................... 168 14.3.2 Phase 2 ....................................................................................................................... 169 14.3.3 Phase 3 ....................................................................................................................... 170 14.3.4 Phase 4 ....................................................................................................................... 171 14.4 Analyse des gaz de réaction générés lors de l?ajout d?eau sur l?échantillon ....................... 173 14.5 Risques liés à l?émission de phosphine ............................................................................ 174 14.6 Conclusions sur la réactivité des résidus .......................................................................... 175 15 Caractérisation des résidus ..................................................................................................... 176 16 Mécanismes réactionnels susceptibles de former de la phosphine ........................................... 182 17 Conclusion générale ................................................................................................................ 183 18 Annexes .................................................................................................................................. 187 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 6 sur 200 Résumé Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand- Couronne (76), qui abritait, selon l?exploitant plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal Polymer (LMP). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête. Devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, le BEA-RI a souhaité mobiliser l?Ineris (via une lettre de saisine datant du 22 mai 2024) pour évaluer le rÃŽle qu'auraient joué les modules batteries dans l'occurrence et le développement de l'incendie. L?Ineris a mis en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les causes et effets de la réaction de ces batteries. Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. De maniÚre générale, les essais menés ont permis d?appréhender le comportement des batteries LMP produites par Blue Solutions en situation abusive. Au sujet des mode de défaillance, il ressort notamment que : - Une chute ou un impact d?un module batterie stocké à température ambiante peut être à l?origine d?un emballement thermique. Une chauffe localisée visant à reproduire les effets d?un court-circuit interne amÚne également à une forte réactivité. Vis-à-vis des mécanismes de propagation de l?incendie, il ressort notamment que : - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module entre en réaction violente. - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; - Des températures trÚs élevées sont observées (1615 °C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement thermique et donc la propagation, peut affecter la tenue des structures métalliques ou en béton ; - Des coulées de métaux/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol. - Les paramÚtres de combustion ont pu être déterminés et comparés aux batteries de technologies Li-ion. Une différence sensible sur le débit calorifique (facteur 2 à 5) est observée à l?échelle module, expliquée à la fois par les propriétés intrinsÚques de la technologie et par les choix d?ingénierie faits par Blue Solutions (absence de séparation physique entre les éléments du module d?énergie 7 kWh). Au sujet de la dangerosité des substances émises, il ressort notamment que : - Lors de la combustion des modules, des émissions de gaz importantes sont observées. Le mélange gazeux est en trÚs large majorité composé de CO2, issu de la combustion intense. Comme autres produits de combustion, du CO est mesuré (en quantité 30 fois inférieure) et du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. D?autres gaz et COV plus spécifiques sont détectés, on pourra citer notamment le méthane (CH4), le fluorure d?hydrogÚne (HF), le dihydrogÚne (H2), le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que des traces de benzÚne (C6H6), de propane (C3H8) et parfois de chlorure d?hydrogÚne (HCl). Parmi ces gaz, on peut noter la présence de gaz toxiques comme CO, HF et SO2. - Le mélange gazeux n?est pas inflammable. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 7 sur 200 Au sujet de l?extinction par aspersion d?eau, il ressort notamment que : - Une extinction à eau, semble recommandable sur ce type de feu. S?il est clair qu?elle ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, elle peut permettre, dans certaines conditions de limiter la propagation de l?incendie. Aussi, une fois la phase intense de l?incendie terminée, il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables. Il est d?ailleurs recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées. - L?aspersion d?eau modifie sensiblement le mélange gazeux. En effet, si celui-ci reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz toxiques ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) également toxique a été détectée dans ces conditions. Vis à vis de la protection des intervenants jusque dans les derniÚres heures de l?extinction, il ressort notamment que : - Dans les derniÚres heures de l?extinction, les résidus de combustion sont réactifs et à même d?émettre des substances toxiques. Cela a des conséquences sur la protection des intervenants dans les derniÚres heures de l?extinction. L?analyse des résidus de combustion montre qu?ils sont hydroréactifs. Au contact de l?eau, ils produisent des émissions de chaleur et de gaz toxique/inflammable/pyrophorique tels que l?acétylÚne, la phosphine et du dihydrogÚne. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 8 sur 200 Table des figures Figure 1 : Représentation schématique de l?assemblage d?une couche de cellule LMP Blue Solutions. Source site web Blue Solutions ......................................................................................................... 15 Figure 2: Schéma simplifié (vue en coupe) de l'intérieur d'un module ................................................ 15 Figure 3 : Dimensions d?un module LMP IT, communiquées par Blue Solutions................................. 16 Figure 4 : Photographie des 6 faces d?un module LMP IT3 ................................................................ 16 Figure 5 : Axes d?écrasement des modules ....................................................................................... 19 Figure 6 : Implantation des thermocouples et des fluxmÚtres pour les essais d'écrasement ............... 20 Figure 7 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement axe Y. ................................................. 24 Figure 8 : Données enregistrées durant la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y....................... 25 Figure 9 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai et de la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y. ......................................................................................................................... 26 Figure 10 : Photographies aprÚs essai (écrasement axe Y) ............................................................... 27 Figure 11 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement sur l?axe Z ......................................... 32 Figure 12 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai d?écrasement axe Z. .............. 33 Figure 13 : Température maximale enregistrée par la caméra thermique au niveau des EC. ............. 34 Figure 14 : Photo aprÚs essai ............................................................................................................ 34 Figure 15 : Extrapolation des résultats d?écrasement quasi statique à des énergies........................... 35 Figure 16 : Variation de l?énergie en fonction de la hauteur de chute pour des masses de 40 et 280 kg ......................................................................................................................................................... 36 Figure 17 : Schémas de principe de l?assemblage d?EC testé lors de l?essai clou ............................... 37 Figure 18 : Photographies de l?assemblage d?EC et du spécimen en position de test ......................... 38 Figure 19 : Etapes du percement au clou .......................................................................................... 38 Figure 20 : position des thermocouples lors de l'essai clou ................................................................ 39 Figure 21 : Données enregistrées lors de l?essai de pénétration au clou ............................................ 40 Figure 22 : Enregistrements des températures ; ensemble des thermocouples .................................. 41 Figure 23 : Extraits de la vidéo enregistrée lors de l'essai de pénétration au clou............................... 41 Figure 24 : Extrait de la vidéo IR enregistrée lors de l?essai de pénétration au clou ............................ 42 Figure 25 : Implantation des pad chauffants ...................................................................................... 46 Figure 26 : Positionnement des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée ............................... 46 Figure 27 : Disposition des fluxmÚtres lors de l?essai chauffe rapide localisée sur module ................. 48 Figure 28 : Photos du module avant essai ......................................................................................... 48 Figure 29 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants localisés ............................................................................................................................................ 49 Figure 30 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants en mica ............................................................................................................................................. 50 Figure 31 : Extraits de la vidéo de l?essai de surchauffe par pad module............................................ 51 Figure 32 : Extraits de la vidéo thermique lors de l?essai de surchauffe par pad chauffant .................. 52 Figure 33 : Enregistrements des températures de peau du module lors de l?essai de surchauffe par pad. Saturation des TCK à 1200°C ................................................................................................... 53 Figure 34 : Température enregistrée par le pyromÚtre en un point au milieu de la face supérieure du module. Saturation de l?instrument à 1600°C ..................................................................................... 54 Figure 35 : Tension du module lors de l?essai surchauffe par pad ...................................................... 54 Figure 36 : Valeurs de flux thermiques rayonnés enregistrés lors de l'essai surchauffe par pad module ......................................................................................................................................................... 55 Figure 37 : Photographie aprÚs essai ................................................................................................ 56 Figure 38 : Positionnement du pad chauffant et des thermocouples pour l?essai sur EC .................... 56 Figure 39 : Montage expérimental de l?essai chauffe rapide localisée sur EC ..................................... 57 Figure 40 : Extraits vidéo de la premiÚre chauffe n?ayant pas provoqué d?emballement thermique ..... 57 Figure 41 : Données enregistrées lors de l?essai de chauffe externe rapide sur EC............................ 58 Figure 42 : Extraits vidéo de la seconde chauffe aprÚs remplacement du pad chauffant .................... 59 Figure 43 : Photographies du moyen d?essai ..................................................................................... 60 Figure 44 : ParamÚtres mesurés (températures, flux à l?intérieur de la virole) lors d?un essai à blanc . 61 Figure 45 : Implantation des thermocouples ...................................................................................... 61 Figure 46 : Montage expérimental de l?essai flux radiatif .................................................................... 62 Figure 47 : Extraits de la vidéo de l?essai flux thermique .................................................................... 63 Figure 48 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai flux radiatif ............................. 64 Figure 49 : Photographies du montage aprÚs l?essai de flux radiatif ................................................... 65 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 9 sur 200 Figure 50 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif .......................................... 65 Figure 51 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif (sélection de thermocouples) ......................................................................................................................................................... 66 Figure 52 : Enregistrements de la température effectuée par le pyromÚtre au centre de la face supérieure (proche des bornes)......................................................................................................... 67 Figure 53 : Enregistrements de la tension du module lors de l?essai flux radiatif................................. 67 Figure 54 : Enregistrements des flux thermiques ............................................................................... 68 Figure 55 : Débit calorifique (HRR) calculé par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif........................ 69 Figure 56 : Chaleur de combustion calculée par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif...................... 70 Figure 57 : Montage expérimental de l?essai feu caisse ..................................................................... 72 Figure 58 : Agencement des 7 modules dans la caisse ..................................................................... 72 Figure 59 : Disposition des thermocouples et des fluxmÚtres ............................................................. 73 Figure 60 : Captures d?écran de la caméra infrarouge lors de l?essai feu caisse ................................. 74 Figure 61 : Captures d?écran de la vidéo lors de l?essai feu caisse..................................................... 75 Figure 62 : Photos prises aprÚs l?essai feu caisse.............................................................................. 76 Figure 63 : Données enregistrées lors de l'essai feu caisse ............................................................... 77 Figure 64 : Enregistrements de températures lors de l?essai feu caisse ............................................. 77 Figure 65 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique ...................... 78 Figure 66 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules 79 Figure 67 : Flux radiatifs enregistrés par les fluxmÚtres lors de l?essai feu caisse. .............................. 80 Figure 68 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu sur caisse ........ 81 Figure 69 : Perte de masse et débit massique lors de l?essai feu caisse. ........................................... 82 Figure 70 : Disposition des modules dans les caisses. ...................................................................... 84 Figure 71 : Montage expérimental de l?essai propagation caisse ....................................................... 85 Figure 72 : Positionnement des thermocouples et des fluxmÚtres lors de l?essai propagation caisse .. 85 Figure 73 : Captures d?écran de la vidéo infrarouge lors de l?essai propagation caisse. Attention, ne pas tenir compte des températures relevées (effet écran de la protection) ............................................... 87 Figure 74 : Captures d?écran des caméras lors de l?essai de propagation caisse ............................... 88 Figure 75 : Photos aprÚs l?essai de propagation caisse ..................................................................... 89 Figure 76 : Données enregistrées lors de l?essai propagation caisse ................................................. 90 Figure 77 : Flux thermiques enregistrés lors de l?essai de propagation sur caisse .............................. 91 Figure 78 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse 92 Figure 79 : Evolution de la masse au cours de l?essai ........................................................................ 93 Figure 80 : Implantation des thermocouples pour l?essai propagation caisse avec sprinklage ............ 95 Figure 81 : Photos des montages « propagation caisse » et « feu caisse » pour les essais avec sprinklage. ........................................................................................................................................ 96 Figure 82 : Schémas et photo du dispositif d?extinction ...................................................................... 97 Figure 83 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ............ 98 Figure 84 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ......................................................................................................................................................... 99 Figure 85 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage........... 101 Figure 86 : Températures enregistrées par le thermocouple « sprinkler » (positionné à 5 m de haut) et par le thermocouple « bac feu » (positionné à 5 cm du bac feu, sous les caisses de modules) ........ 102 Figure 87 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas). Les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra. . 103 Figure 88 : Enregistrements des tensions lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ................ 104 Figure 89 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ........................ 104 Figure 90 : Débit calorifique (calculé par OC) et débit d?eau appliqué lors de l?essai propagation caisse + sprinklage .................................................................................................................................... 105 Figure 91 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse + sprinklage ....................................................................................................................................... 106 Figure 92 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai feu caisse + sprinklage........ 108 Figure 93 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai feu caisse + sprinklage ........................ 109 Figure 94 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage........... 110 Figure 95 : Températures enregistrées par les thermocouples positionnés sous chacun des modules lors de l?essai feu caisse + sprinklage et Tensions enregistrées. ...................................................... 111 Figure 96 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas) ............................................................................... 112 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 10 sur 200 Figure 97 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules ....................................................................................................................................................... 113 Figure 98 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai feu caisse + sprinklage ..................................... 114 Figure 99 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 115 Figure 100 : Schéma de principe de l?analyse de gaz/particules ...................................................... 119 Figure 101 : Support de prélÚvement des particules à proximité de l?échantillon .............................. 121 Figure 102 : Réceptacles de collecte des eaux d?extinction ............................................................. 121 Figure 103 : Débit massique CO2 essai de flux radiatif module ........................................................ 123 Figure 104 : Débit massique CO essai de flux radiatif module ......................................................... 124 Figure 105 : Débit massique CH4 essai de flux radiatif module ........................................................ 124 Figure 106 : Débit massique H2 essai de flux radiatif module ........................................................... 125 Figure 107 : Débit massique HF essai de flux radiatif module .......................................................... 125 Figure 108 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse ............................................................................................................................................. 128 Figure 109 : Concentration volumique en H2O théorique et mesurée dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage.................................................................................................................... 131 Figure 110 : Concentration volumique en CO2 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 132 Figure 111 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ......................................................................................................................... 133 Figure 112 : Concentration volumique en PH3 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 134 Figure 113 : DiamÚtre médian et flux de particule mesuré par ELPI + (facteurs de dilution du diluteur et de la gaine pris en compte) ............................................................................................................. 135 Figure 114 : Distribution granulométrique des particules lors de l?essai flux radiant sur module mesuré par ELPI + ...................................................................................................................................... 135 Figure 115 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 20 et 40 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module ......................................................... 136 Figure 116 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 40 et 50 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module ......................................................... 136 Figure 117 : Analyse par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) lors de l?essai de flux radiant sur module .......................................................................................................................... 137 Figure 118 : DiamÚtre médian et flux de particules mesuré par ELPI + lors de l?essai feu caisse...... 139 Figure 119 : Distribution granulométrique des particules mesurées par ELPI+ lors de l?essai feu caisse ....................................................................................................................................................... 139 Figure 120 : Observation MET des prélÚvements effectués lors de l?essai feu caisse. PrélÚvement effectué en 10 s, 3 min aprÚs le début de réaction. .......................................................................... 140 Figure 121 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai flux radiant module ......................................................................... 142 Figure 122 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai flux radiatif module. ........................................................................................................................................... 142 Figure 123 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai flux radiant module ......................... 143 Figure 124 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse ....................................................................................... 144 Figure 125 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai feu caisse. ....................................................................................................................................................... 145 Figure 126 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse ....................................... 145 Figure 127 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse + sprinklage ................................................................... 147 Figure 128 : Analyse des PCB et PCDD/F lors de l?essai feu caisse + sprinklage ............................ 147 Figure 129 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse + sprinklage ................... 148 Figure 130 : Analyse des PCDD/F and PCB dans les eaux d?extinction ........................................... 151 Figure 131 : Débit calorifique libéré par type de cellule et format ..................................................... 154 Figure 132 : Comparaison entre le débit calorifique émis par une palette 1510 et celui émis par une caisse de 7 modules LMP ............................................................................................................... 156 Figure 133 : Débit calorifique émis par une palette de modules LMP ............................................... 157 Figure 134 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog ? à gauche, pour un stockage 1510, à droite pour un stockage de modules LMP ..................................................................................... 158 Figure 135 : Puissance calculée pour les 2 cas traités ..................................................................... 159 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 11 sur 200 Figure 136 : Courbe ISO834] .......................................................................................................... 160 Figure 137 : Comparaison entre la courbe ISO834 et la température d?agression issue de l?incendie de caisses de modules LMP ................................................................................................................ 161 Figure 138 : Photographies des résidus d?essais ............................................................................. 164 Figure 139 : Extraits vidéo où l?inflammation de résidu au contact du sol humide est visible............. 164 Figure 140 : Analyse du ciel gazeux d?un fût contenant des résidus de combustion de l?essai pad sur module............................................................................................................................................ 165 Figure 141 : Cliché photographique du prélÚvement d?échantillon issu de résidus de combustion de batterie, produits à la suite d?un essai abusif ................................................................................... 166 Figure 142 : Clichés photographiques de l?échantillon (immédiatement aprÚs le prélÚvement) placé dans un bécher (a), lors d?ajout d?eau (b) et bullage/formation de mousse (c) .......................................... 167 Figure 143 : Clichés photographiques du comportement de l?échantillon humidifié soumis à une action/contrainte mécanique............................................................................................................ 167 Figure 144 : Clichés photographiques du prélÚvement d?échantillon de résidus de combustion de batteries et fragments produits à la suite du concassage au burin en boîte à gants pour s?approcher des quantités requises pour les diverses phases de l?épreuve N.5 ......................................................... 168 Figure 145 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 1 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 169 Figure 146 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 2 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 170 Figure 147 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 170 Figure 148 : Clichés photographiques de la tentative d?inflammation au brûleur à gaz des gaz générés lors de l?ajout de quelques gouttes d?eau sur l?échantillon soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 ...... 171 Figure 149 : Cliché photographique illustrant un exemple d?échantillon soumis à la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques ........................................................................................... 172 Figure 150 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques pour l?échantillon « Tel Quel » ? Essai 2 ................................... 173 Figure 151 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec le débitmÚtre automatique pour l?échantillon « Tel Quel » - Essai 3 ......................................... 173 Figure 152 : Vue latérale du panache toxique résultant de l?émission de phosphine, effets irréversibles et premiers effets létaux. ................................................................................................................. 174 Figure 153 : Seuils de toxicité et de perception de la phosphine ...................................................... 175 Figure 154 : Photographies des résidus prélevés pour analyse ....................................................... 176 Figure 155 : Analyse DRX des résidus d?un essai compression statique. L?analyse porte sur des résidus plutÃŽt rougeâtres et le transfert et l?analyse ont été réalisés sous air (poudre oxydée) ..................... 177 Figure 156 : Analyse DRX des résidus de l?essai feu caisse. L?analyse porte sur un ensemble hétérogÚne de résidus et le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air (protégé par du Kapton) ...................................................................................................................................... 179 Figure 157 : Analyse RMN d?un ensemble hétérogÚne de résidus sur le 31P et le 7Li. Le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air .............................................................................. 180 Figure 158 : spectroscopies Mössbauer des résidus d?essais .......................................................... 181 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 12 sur 200 Glossaire BEA-RI Bureau d'Enquêtes et d'Analyses - Risques Industriels CDG Carbon Dioxyde Generation (génération de dioxyde de carbone en français) COV Composés Organiques Volatils DEC/EC Diethyl Carbonate / Ethyl Carbonate DRX Diffraction à Rayons X EC Electrochemical Cell (vocabulaire Blue Solutions) ELPI Impacteur basse pression à détection électrique FTIR Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier GC-MS Gaz Chromatographie ? Spectroscopie de Masse GMD Geometric Mean Diameter (diamÚtre moyen géométrique en français) GTR-EVS Global Technical Regulation ? Electric Vehicle Safety HAP Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques HRR Heat Release Rate (débit calorifique en français) ICMCB Institut de Chimie de la MatiÚre Condensée de Bordeaux INERIS Institut National de l?Environnement Industriel et des Risques IR Infra-Rouge LFP LMP Lithium Fer Phosphate Lithium Métal PolymÚre MET Microscope électronique à transmission MPS Mini Particle Sampler NMC Nickel ManganÚse Cobalt OC Oxygen Consumption (consommation d?oxygÚne en Français) OMS Organisation Mondiale de la Santé ONU Organisation des Nations Unies PCB Polychlorobiphényles PCDD/F Polychloro-dibenzodioxines / Polychloro-dibenzofurannes PTFE PolytétrafluoroéthylÚne REI Acronyme utilisé pour indiquer la résistance au feu d'un élément de construction RMN Résonance Magnétique Nucléaire EDX Energy Dispersive X-ray ou spectroscopie X à dispersion d'énergie POE Poly(oxyéthylÚne) SDIS Service Départemental d?Incendie et de Secours SOC State of Charge (état de charge en français) TC ou TCK Thermocouple ou Thermocouple de type K THR Total Heat Release (chaleur totale dégagée en français) UTC Université Technologique de CompiÚgne Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 13 sur 200 1 Introduction 1.1 Déontologie L?expertise décrite dans le présent rapport a consisté à évaluer les propriétés des batteries Lithium Métal PolymÚre (LMP) de la société Blue Solutions placées en situation abusives. Par le passé, l?Ineris n?a jamais réalisé d?études pour le compte de Blue Solutions. L?Ineris a réalisé, pour d?autres sociétés, des études sur des installations fixes ou mobiles intégrant des batteries Blue Solutions en prenant en compte, sans les remettre en cause, les hypothÚses fournies par Blue Solutions. 1.2 Contexte et objectifs Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand- Couronne (76), propriété de la société SAS HIGHWAY FRANCE LOGISTICS 8. Le feu s?est déclenché vers 16h30 dans la cellule 1 de 6000 mÚtres carrés de l?entrepÃŽt, louée et opérée par la société BOLLORE LOGISTICS, qui abritait, selon l?exploitant, des piÚces automobiles, incluant plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal PolymÚre (LMP) Des effets ont été observés à l?extérieur de l?entrepÃŽt logistique (flammes, fumées, ?) nécessitant l?intervention des pompiers (SDIS de la seine maritime). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête. Devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, le BEA-RI a souhaité mobiliser l?Ineris (via une lettre de saisine datant du 22 mai 2024 et présentée en annexe 1) pour évaluer le rÃŽle qu'auraient joué les modules batteries dans l'occurrence et le développement de l'incendie. En pratique, il a été demandé à l'INERIS de réaliser des essais sur des modules ou sur des cellules électrochimiques en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ; ? D'étudier les mécanismes de propagations de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. ? D'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisé dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage); ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés ; ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. L?Ineris, en accord avec le BEA-RI a mis en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les causes et effets de la réaction de ces batteries. Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 14 sur 200 1.3 Structure du rapport Pour répondre aux questions posées, le rapport est constitué de 3 grandes parties. La premiÚre vise à la détermination des causes possibles de l?emballement thermique d?un module stocké. Elle comprend des essais d?abus mécanique et thermique afin d?évaluer les possibilités de réaction d?un module. La seconde vise à comprendre les caractéristiques d?un incendie d?un module et d?une caisse de module LMP. Elle comprend des essais d?exposition au feu d?échantillons allant jusqu?à des caisses de modules et inclue l?étude de l?influence de l?extinction. La troisiÚme et derniÚre partie traite de l?instabilité des résidus aprÚs essai afin d?évaluer les risques dans les derniÚres heures de l?extinction. 1.4 Description d?un module LMP Ce rapport vise à mieux appréhender les causes et effets de la réaction de type LMP produites par Blue Solutions. Peu de données existent dans la littérature puisque la technologie de batterie actuellement dominante est la technologie Li-ion, pour laquelle de nombreuses études existent. Dans notre étude, des modules LMP de modÚle IT3 produits par Blue Solutions, correspondant à ceux stockés à Grand- Couronne ont été testés. Il faut bien souligner que certaines des conclusions tirées sont généralisables à la technologie LMP (systÚme Lim/POE/LFP) tandis que d?autres sont le résultat de choix d?ingénierie faits par Blue Solutions et donc uniquement valables pour les modules/caisses dont il est question dans ce rapport. Il est ainsi important de bien décrire les modules étudiés. Contrairement à ce qui est généralement réalisé à l?Ineris, les modules ont été testé tels que reçus sans vérification des performances électriques (capacité en charge/décharge), l?accÚs au BMS des modules n?ayant pas été donné dans le cadre de ces travaux. 1.4.1 Electrochimie Les batteries Li-métal produites par Blue Solutions, désignées comme « LMP » pour Lithium Métal PolymÚre se différencient de la plupart des autres technologies de batteries sur le marché par la présence de lithium métal à l?anode. Cette technologie diffÚre notamment de la technologie Li-ion, car elle n?utilise pas d?électrolyte de type organique liquide mais repose sur l?utilisation d?un polymÚre. Le polymÚre utilisé (PEO) est solide à température ambiante et réalisé à base de sels de Li soufrés et fluorés. Ces éléments différenciant, représentés en Figure 1, font que les modes de fonctionnement et profils de risques de ces deux technologies de batteries lithium (LMP d?un cÃŽté, et lithium-ion de l?autre) sont trÚs différents. La cathode utilisée dans les batteries ici testées est de chimie LFP, comme ce qui peut être trouvé dans la technologie Li-ion. Le motif unitaire Li(m)/PEO/LFP est répété jusqu?à former la plus petite unité désignée par Blue Solutions comme « EC » pour Electrochemical Cell, cette unité comporte des connecteurs (ou tabs) pour permettre la connexion électrique au niveau de l?empilement des motifs unitaire (stack). Ces éléments unitaires de tension autour de 3V et ayant une capacité d?environ 100 Ah ne sont pas enveloppés comme cela est le cas pour la technologie Li-ion et ces EC ne sont donc pas utilisables en l?état dans un systÚme. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 15 sur 200 Figure 1 : Représentation schématique de l?assemblage d?une couche de cellule LMP Blue Solutions. Source site web Blue Solutions 1.4.2 Intégration en module Les EC sont ensuite empilés et connectés en série jusqu?à former un module de 72 V / 7 kWh. En plus de l?électrochimie, un module contient des éléments électronique (carte électronique, bornes, chauffages latéraux, ?) et mécanique (ressort, isolant, ?). Afin d?éviter l?oxydation de l?anode en Li métal, le module est rempli de gaz inerte et fermé de maniÚre hermétique. Un module dispose d?un évent sur la face avant (sous les bornes) afin d?éviter les montées en pression. Il est à noter que l?empilement d?EC est séparé de chacune des faces du module, soit par un espace conséquent, soit par des couches d?isolant électrique (plastique). La Figure 2 présente un schéma simplifié de l?intérieur d?un module. Figure 2: Schéma simplifié (vue en coupe) de l'intérieur d'un module Un module pÚse environ 40 kg dont 6 kg de casing métallique et environ 3,5 kg de Lim (Soit 8,75 % de la masse du module). Ses dimensions sont données en Figure 3. A titre de comparaison, dans une batterie Li-ion de véhicule électrique environ 1 % de la masse est associée au Lithium contenu dans les électrodes. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 16 sur 200 Figure 3 : Dimensions d?un module LMP IT, communiquées par Blue Solutions Une photographie de chacune des faces d?un module est présentée en Figure 4. Figure 4 : Photographie des 6 faces d?un module LMP IT3 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 17 sur 200 1.4.3 Protocoles et méthodes expérimentales Les chapitres suivants sont consacrés en grande partie à des essais abusifs réalisés dans le but de répondre à la saisine du BEA-RI. Les protocoles d?essais ont été développés en impliquant Blue Solution et le BEA-RI lors de leurs mises au point. Blue Solution et le BEA-RI ont assisté à l?ensemble des essais réalisés sur le site de l?Ineris à Verneuil-en-Halatte. Ces essais n?ont pas de visées réglementaires ou d?homologation, ainsi ils ne cherchent pas à reproduire des protocoles normalisés, d?autant plus que les normes couvrant la sécurité des modules de type LMP sont quasi inexistantes ou inadaptées aux besoins de la campagne d?essais. L?ensemble des mesures a cependant été réalisé en suivant les bonnes pratiques du domaine. Plus de détail sur la métrologie, les instruments utilisés, les incertitudes de mesures sont données en Annexe 2. Les protocoles expérimentaux et l?instrumentation mise en place est décrite dans chacune des sous- parties. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 18 sur 200 PARTIE 1 : Détermination des causes possibles de l?emballement thermique d?un module stocké Pour répondre aux questions posées, cette premiÚre vise à déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dit à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique. Elle comprend des essais d?abus mécanique afin d?évaluer les possibilités de réaction d?un module. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 19 sur 200 2 Choc/chute 2.1 Objectif et description du protocole d?essai Cet essai a pour but de déterminer si une déformation mécanique d?un module stocké suite à un choc ou une chute peut être la cause d?un emballement thermique du module. Pour étudier cette hypothÚse, le module a été soumis à un écrasement quasi-statique à une vitesse de 0,5 mm/s sur deux axes (représentés sur la Figure 5). Le module est écrasé à l?aide d?un impacteur hémisphérique de diamÚtre 150 mm. L?écrasement est effectué en plusieurs étapes jusqu?à réaction, 90 % de l?épaisseur de la batterie ou que la limite sécuritaire de la presse soit atteinte (480 kN). Figure 5 : Axes d?écrasement des modules Des thermocouples sont disposés avant essai sur les faces extérieures du module et des fluxmÚtres sont positionnés autour du module. L?implantation des thermocouples et des fluxmÚtres est présentée sur la Figure 6. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 20 sur 200 Figure 6 : Implantation des thermocouples et des fluxmÚtres pour les essais d'écrasement 2.2 Résultats axe Y Le déroulé de l?essai d?écrasement sur l?axe Y est présenté en tableau 1. Les premiers effets mesurables de l?écrasement sont une chute de tension de 3,3 V, observée aprÚs une déformation de 27 mm suivie d?une premiÚre légÚre élévation de température mesurée aprÚs 43 mm d?enfoncement. AprÚs 88 mm d?enfoncement, le casing du module s?ouvre. La tension s?annule aprÚs 100 mm d?enfoncement, cela ne reflÚte pas l?absence de tension mais un arrachage des bornes sur lesquelles est effectuée la mesure. Sur la poursuite de l?écrasement, peu d?effets sont constatés hormis des élévations modérées de températures. Cependant, de par l?architecture du module, l?empilement d?EC n?est pas réellement écrasé mais s?échappe par le haut, poussé par le ressort placé en bas du module. Il est à noter que les thermocouples sont placés sur l?extérieur du casing du module et ne reflÚtent pas les températures des EC. Lors du retrait de la presse, le module chute dans le bac de rétention métallique. 34 minutes aprÚs les premiers effets constatés (chute de tension/élévation légÚre de température) et 6 minutes aprÚs le dernier abus (chute dans le bac) une élévation trÚs importante de la température est observée. 12 secondes aprÚs ces premiers signes avant-coureurs d?emballement thermique, l?ensemble des éléments s?enflamment et une réaction violente se produit pendant environ 3 minutes. L?emballement thermique étant différé par rapport à l?agression, il est difficile de conclure formellement sur l?origine de celui-ci. Plusieurs hypothÚses peuvent être émises : - La déformation a provoqué un court-circuit interne. Les deux premiers signes d?un tel défaut pourraient être la premiÚre chute de tension aprÚs 27 mm d?enfoncement ou le premier échauffement aprÚs 43 mm d?enfoncement ; - L?ouverture du module aprÚs 88 mm d?enfoncement a laissé rentrer de l?air qui a réagi avec le lithium métal et provoqué une réaction exothermique ; - Lors de la chute de l?empilement d?EC, celui-ci vient au contact du bac métallique qui crée un court-circuit inter-EC. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 21 sur 200 Tableau 1 : Chronologie des évÚnements lors de l?essai d?écrasement sur l?axe Y Temps EvÚnement -7 min Début enregistrement vidéo (11h 27 min 02 s) -180s Début enregistrement des données 0 s Début de l?écrasement 53 s PremiÚre chute de tension (-3.3 V) Enfoncement 27 mm 67-70s Chute de tension (-13 V) Chute de la force (120?90 kN) 85 s PremiÚre légÚre élévation de température (TC 2, 3, 4, 8) Enfoncement de 43 mm 20°C sur caméra IR 150 s Maximum de force lors de l?essai atteint (160 kN) 175 s Rupture mécanique du casing du module. LégÚre fumée visible. Enfoncement 88 mm Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 22 sur 200 Temps EvÚnement 194 s Premier arrêt de l?écrasement Enfoncement 97 mm 10 min 48 s Reprise de l?écrasement 10 min 48 s La tension s?annule (probablement causée par l?arrachage des bornes) Enfoncement de 100 mm 11 min 30 s Arrêt de l?écrasement Enfoncement de 120 mm 13 min 48 s Reprise de l?écrasement 14 min 24 s Elévation significative de température (TC 2, 3) 26 °C sur caméra IR 15 min 06 s Arrêt de l?écrasement Enfoncement de 160 mm 22 min 20 s Reprise de l?enfoncement 23 min Elévation significative de la température (TC4, 7, 8) 32 °C sur caméra IR 23 min 20 s Arrêt définitif de l?écrasement Enfoncement max 190 mm (95 %) 25 min Recul de la presse 27 min Maximum local de température (29°C sur TC2) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 23 sur 200 Temps EvÚnement 29 min Chute de la batterie dans le bac de rétention 31 min 30 s Arrêt de l?enregistrement des données 31 min 40 s Début de la surveillance (nouvelle base de temps pour l?enregistrement des données) 32 min Elévation de température (+40°C en 1 min) 33 min Elévation de température (+75°C en 20 sec min) 35 min 12 s Elévation importante de la température 35 min 24 s Réaction violente 35 min 34 s Pic de flux radiatif (23,7 kW/m2 F2) 36 min 10 s Fin du pic d?effet thermique (l?ensemble des flux radiatifs se stabilise à 5 kW/m2) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 24 sur 200 Temps EvÚnement 38 min 10 s Fin de la réaction violente 45 min 10 s Arrêt des flammes Les données enregistrées durant l?essai sur l?axe Y sont présentées en Figure 7 et durant la phase de surveillance en Figure 8 (les base de temps sont différentes). Il est important de rappeler que les thermocouples placés sur le casing ne reflÚtent pas les températures de l?électrochimie (empilement d?EC) du fait de l?éjection de ces derniers. Les images extraites de la caméra thermique présentées en Figure 9 donnent de meilleures informations. Durant la réaction, l?ensemble des thermocouples sont saturés révélant que les températures ont dépassé 1200°C. Un pic de flux radiatif proche de 25 kW/m2 est enregistré à 2,5 m de distance. Figure 7 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement axe Y. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 25 sur 200 Figure 8 : Données enregistrées durant la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y Les images de la caméra thermique permettent de constater une élévation progressive de la température jusqu?à 33°C lors de l?écrasement. Une élévation assez brutale de la température (+75°C en 20 sec) est constatée 2 min avant l?évÚnement. Durant la réaction, la caméra est saturée d?abord à 160°C puis à 660°C due aux limites de la caméra. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 26 sur 200 0 Figure 9 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai et de la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 27 sur 200 Les photos aprÚs essai sont présentées en Figure 10. Elles permettent de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus, rougeâtres sont visibles. Le bac de rétention en acier (température de fusion d?environ 1400 °C) est percé et l?état de dégradation de la caméra placée à plusieurs mÚtres témoigne d?un flux thermique important et de températures extrêmement élevées. Les fluxmÚtres placés à 2,5 m du module ont enregistré un pic à 25 kW/m² ce qui présuppose une émittance de flamme élevée (supérieure à 100 kW/m²). Figure 10 : Photographies aprÚs essai (écrasement axe Y) 2.3 Résultats axe Z Le déroulé de l?essai d?écrasement sur l?axe Z est présenté en tableau 2. Sur cet axe, la compression a lieu sur le même axe que le ressort placé sous le module. Les premiers centimÚtres d?écrasement sont donc consacrés à l?écrasement de ce ressort. Sur cet axe, les EC sont écrasés perpendiculairement à leur surface. Le premier effet mesurable de l?écrasement est une chute de tension de 3,3 V, observée aprÚs une déformation de 34 mm. Une premiÚre légÚre élévation de température est mesurée aprÚs 71 mm d?enfoncement. Cette lente augmentation de température, persiste de maniÚre quasi linéaire jusqu?aux minutes précédant l?emballement thermique. La tension s?annule aprÚs 96 mm d?enfoncement contrairement à l?axe Y, cette tension nulle semble refléter la mise en court-circuit de l?ensemble des EC (pas d?arrachage des bornes à ce stade). AprÚs 102 mm d?enfoncement, le casing du module s?ouvre par la face avant. Sur la poursuite de l?écrasement, peu d?effets sont constatés hormis la poursuite de l?augmentation de température et l?augmentation de l?ouverture du casing. 34 minutes aprÚs l?arrêt de l?écrasement, les températures enregistrées par la caméra thermique deviennent critiques (75°C) et un emballement thermique imminent est pressenti. Pour protéger la presse hydraulique, celle-ci est reculée. 15 secondes plus tard, la température au niveau des EC dépasse 100°C (caméra IR) et aprÚs 15 nouvelles secondes, le module s?enflamme trÚs violemment. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 28 sur 200 L?emballement thermique étant différé par rapport à l?agression (env. 35 min), il est difficile de conclure formellement sur l?origine de celui-ci. Plusieurs hypothÚses peuvent être émises : - La déformation a provoqué un court-circuit interne. Les deux premiers signes d?un tel défaut pourraient être la premiÚre chute de tension aprÚs 34 mm d?enfoncement ou le premier échauffement aprÚs 71 mm d?enfoncement ; - L?ouverture du module aprÚs 102 mm d?enfoncement a laissé rentrer de l?air qui a réagi avec le lithium métal et provoqué une réaction exothermique. Tableau 2 : Chronologie des évÚnements lors de l?essai d?écrasement sur l?axe Z Temps EvÚnement - 5 min 49 s Début enregistrement vidéo (15h 10 min 30 s) -1 min 52 s Début enregistrement IR -137s Début enregistrement des données 0 s Début de l?écrasement Tmax= 13°C 70 s PremiÚre chute de tension (-3.3 V) Enfoncement 34 mm 91 s Maximum de force (476 kN) Enfoncement 45 mm 143 s PremiÚre élévation de température (TC 2, 3, 7, 8) Enfoncement de 71 mm 13°C sur caméra IR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 29 sur 200 Temps EvÚnement 192 s Tension à 0V Enfoncement 96 mm Tmax = 14°C 205 s Rupture mécanique du casing du module. LégÚre fumée visible. Enfoncement 102 mm 356 s Arrêt de l?enfoncement Enfoncement max de 178 mm Tmax= 15°C 40 min Recul de la presse Tmax=21°C 74°C sur caméra IR 2427 s 40 min 30 s Augmentation de température TC 4 : +20°C en 1s 2428 s 40 min 30 s Augmentation de température TC 6 : +100°C en 1s Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 30 sur 200 Temps EvÚnement 2430 s 40 min 30 s Réaction violente 2440 s 40 min 40s Pic de flux radiatif (25 - 30 kW/m2 F1) F2 non considéré car comportement anormal 41 min 30 s Fin du pic d?effet thermique (l?ensemble des flux se stabilise à 5 kW/m2) Du métal en fusion coule et des projections de métal en fusion sont observées 44 min Fin de la réaction violente Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 31 sur 200 Temps EvÚnement 54 min Arrêt des flammes Les données enregistrées durant l?essai sur l?axe Z sont présentées en Figure 11. Il est important de rappeler que les thermocouples placés sur le casing, ne reflÚtent pas forcément les températures de l?électrochimie (empilement d?EC). Les images extraites de la caméra thermique présentées en Figure 12 donnent de meilleures informations. Durant la réaction, l?ensemble des thermocouples sont saturés révélant que les températures ont dépassé 1200°C. Un pic de flux radiatif proche de 25 à 30 kW/m2 est enregistré à 2,5 m du module. Les données enregistrées par le fluxmÚtre 2 ne seront pas retenues car il a un comportement anormal (chute rapide et annulation des valeurs en cours de réaction). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 32 sur 200 Figure 11 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement sur l?axe Z Les images de la caméra thermiques permettent de constater une élévation progressive de la température jusqu?à 33°C lors de l?écrasement. Une élévation assez brutale de la température (+75°C en 20 sec) est constatée 2 min avant l?évÚnement. Durant la réaction, la caméra est saturée d?abord à 160°C puis à 660°C due aux limites de la caméra. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 33 sur 200 Figure 12 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai d?écrasement axe Z. La Figure 13 reprend les températures maximales enregistrées par la caméra thermique au niveau des EC. Elle permet de visualiser l?augmentation linéaire puis exponentielle de la température. L?accélération de l?échauffement est autour de 34 min. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 34 sur 200 Figure 13 : Température maximale enregistrée par la caméra thermique au niveau des EC. La photo aprÚs essai est présentée en Figure 14. Elle permet de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus rougeâtres sont visibles. Figure 14 : Photo aprÚs essai 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 Te m pé ra tu re (° C ) Temps (min) Temp. max caméra IR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 35 sur 200 2.4 Discussions (extrapolation à une chute, ?) Les écrasements quasi-statiques sur les deux axes ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. Dans le contexte d?un entrepÃŽt de stockage, il est plus plausible que l?abus soit dynamique (chute d?une caisse, chute d?un objet sur une caisse, coup de fourche de chariot élévateur). Afin de proposer des ordres de grandeur des énergies nécessaires pour créer une déformation susceptible de créer un emballement thermique, nous pouvons extrapoler les résultats en intégrant les valeurs de force sur le déplacement : E=? ?(?) ??? 0 . Plusieurs hypothÚses sont ensuite prises : - L?objet impactant le module a la même forme et surface que la sphÚre utilisée pour l?enfoncement quasi-statique ; - L?emballement thermique étant différé, nous conserverons l?hypothÚse : un abus permettant de constater une variation de tension ou de température est suffisant pour déclencher l?emballement thermique. Les deux courbes présentées en Figure 15 sont ainsi tracées. On constate que les valeurs sont beaucoup plus grandes sur l?axe Z. Cela s?explique par la plus grande force employée et nécessaire pour compresser le ressort. Au final sur l?axe Z, les énergies nécessaires à provoquer une variation de tension sont de l?ordre de 600 J et de 2200 J pour observer une variation de température. Comme indiqué en Figure 16, cela correspond à une chute d?une masse de 40 kg de 1,5 à 5 m. Dans le cas de l?axe Z, les énergies correspondant aux premiÚres variations de tension et de température sont respectivement 4,7 et 18 kJ. Ces énergies ne sont pas plausibles pour la chute d?un objet de 40 kg mais correspondent à des hauteurs de 1,5 m à 6,5 m pour une masse de 280 kg. Figure 15 : Extrapolation des résultats d?écrasement quasi statique à des énergies Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 36 sur 200 Figure 16 : Variation de l?énergie en fonction de la hauteur de chute pour des masses de 40 et 280 kg Il est à noter que les modules étant placés dans des caisses, celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. Inversement, un impact ou une déformation localisée serait plus pénalisant. Dans le cas des modules testés, la détermination du point de démarrage de l?emballement thermique est plus compliquée que pour du Li-ion car la réaction se produit avec un fort décalage par rapport à l?abus. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 37 sur 200 3 Défaut interne Un défaut interne ne peut être écarté quelle que soit la technologie de batterie (défaut de fabrication, d?assemblage, de conception,?) aussi il est important de quantifier les effets associés à un tel phénomÚne. Le déclenchement d?un défaut interne type court-circuit étant difficile à mettre en oeuvre, il a été sélectionné le percement au clou et la chauffe localisée comme déclencheur représentatif. 3.1 Essai clou 3.1.1 Objectif et description du protocole d?essai Cet essai a pour but de déterminer si un défaut interne, de type court-circuit à l?intérieur d?un EC ou inter-EC, d?un module stocké peut être la cause d?un emballement thermique du module. Pour étudier cette hypothÚse il n?existe pas de protocole défini mais un test au clou peut s?en approcher. Les issues du test peuvent varier selon les paramÚtres de test choisi (matériaux du clou, vitesse de pénétration, taille du clou, ?). Pour les essais de cette campagne, les paramÚtres ont été fixés comme suit : - Clou de 10 mm de diamÚtre en acier, - Vitesse de pénétration : 1 mm/s. La Figure 17 présente un schéma de principe de l?empilement de deux EC tel que préparé par Blue Solutions pour les essais de percement au clou. Chaque EC est placé dans une enveloppe en polymÚre multicouche souple de type « pouch cell » et les bornes de chaque EC sont accessibles. Les EC sont ensuite connectés en série afin de reproduire la configuration à l?intérieur d?un module. Figure 17 : Schémas de principe de l?assemblage d?EC testé lors de l?essai clou La Figure 18 présente les images des EC assemblés dans des films polymÚres multicouches et des ECs montés dans une plaque de maintien métallique en position pour subir la pénétration au clou. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 38 sur 200 Figure 18 : Photographies de l?assemblage d?EC et du spécimen en position de test Le percement est réalisé en plusieurs étapes reprises en Figure 19. - La premiÚre étape consiste à percer sur une profondeur de 0,7 EC (soit 7 mm). Le défaut ainsi simulé est un court-circuit interne à l?EC. A noter que plusieurs motifs élémentaires (anode/séparateur/cathode) sont simultanément percés, ce qui n?est pas le cas lorsqu?un défaut interne à l?EC apparait ; - La seconde étape consiste à percer sur une profondeur de 1,5 EC (soit 15 mm). Le défaut ainsi simulé est un court-circuit inter-EC. A noter qu?ici ce défaut est créé alors que le premier EC est déjà en court-circuit depuis plusieurs minutes ce qui peut affecter les résultats ; - La troisiÚme étape consiste à terminer l?enfoncement pour traverser le systÚme, soit 1,9 EC (19 mm). Figure 19 : Etapes du percement au clou La Figure 20 présente la position des thermocouples lors de l?essai clou. A noter que les thermocouples 8, 9, 10 n?ont finalement pas été instrumentés pour éviter de créer des points de pression sur les EC et d?ajouter une épaisseur inconnue lors du percement du clou. Le thermocouple 16 est placé à l?intérieur du clou à 1,8 cm de la pointe. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 39 sur 200 Figure 20 : position des thermocouples lors de l'essai clou 3.1.2 Résultats La Figure 21 présente un récapitulatif des données enregistrées durant le test. Afin de faciliter la lecture du graphique, seulement une sélection de thermocouples est représentée. Lors de l?enfoncement dans le premier EC, aucune augmentation de température n?est observée. Environ 30 min aprÚs le premier enfoncement, la seconde étape est démarrée (mise en court-circuit des EC) et une augmentation de température d?environ 2°C est observée, principalement au niveau du thermocouple placé dans le clou et au centre de la premiÚre cellule transpercée. Environ 30 min aprÚs cette seconde étape, la troisiÚme et derniÚre étape est lancée. Une augmentation de température d?environ 2°C est constatée, particuliÚrement au niveau des thermocouples placés sur la seconde cellule pénétrée. La Figure 22 détaille plus précisément l?ensemble des températures enregistrées lors de l?essai. L?augmentation de température semble être limitée et pas à même de conduire à un emballement thermique. Au regard des résultats d?essai d?écrasement, pour lesquels l?augmentation de température était limitée avant un emballement soudain, il est difficile de conclure si l?EC est proche ou non d?une zone « critique ». Il faut aussi noter que d?autres paramÚtres, à commencer par la taille du clou, peuvent influer l?issue de ce type de test. Enfin, nous tenons à souligner que les résultats présentés ici ne sont utilisables en aucun cas pour conclure quant au comportement de batteries en fonctionnement (85°C). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 40 sur 200 Figure 21 : Données enregistrées lors de l?essai de pénétration au clou Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 41 sur 200 Figure 22 : Enregistrements des températures ; ensemble des thermocouples La Figure 23 présente les extraits de la vidéo enregistrée. Aucun élément notable n?est visible. De même, les images enregistrées par la caméra IR et présentées en 24 ne montrent aucun échauffement ou évÚnement notable. Figure 23 : Extraits de la vidéo enregistrée lors de l'essai de pénétration au clou Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 42 sur 200 Figure 24 : Extrait de la vidéo IR enregistrée lors de l?essai de pénétration au clou L?introduction d?un clou métallique de diamÚtre 10 mm n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Il faut noter que ces résultats peuvent varier selon les paramÚtres d?essais utilisés notamment la vitesse, le diamÚtre du clou et la position de percement. Aussi, dans les conditions d?essais choisis, un des EC était court-circuité depuis plusieurs minutes avant qu?un court- circuit inter-EC soit créé. Cela et la température de l?essai à laquelle la cellule n?est pas dans sa plage de fonctionnement (85°C) peut impacter fortement l?issue de l?essai. 4 Autres hypothÚses non testées D?autres hypothÚses comme le court-circuit externe ou la surdécharge n?ont pas été étudiées car jugées peu à même de déclencher un emballement thermique sur un module à température ambiante en condition de stockage. Un défaut d?étanchéité au niveau du module a été évoqué mais semblerait conduire à une oxydation lente du lithium métal sans nécessairement entrainer une réaction violente du module. La reproduction expérimentale de ce type de défaut a semblé difficilement représentative et peu reproductible pour qu?elle soit réalisée. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 43 sur 200 5 Conclusions de la recherche des causes probables Dans cette partie, plusieurs essais ont été réalisés afin de déterminer quels types d?évÚnements pourraient être susceptibles de déclencher l?emballement thermique de modules en condition de stockage. Les écrasements quasi-statiques menés sur les deux axes ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. Sur l?un des axes, les énergies nécessaires pour provoquer un début d?échauffement du module correspondent à une chute d?une masse de 40 kg de 5 m. Sur l?autre axe, l?énergie correspond à une chute de 6,5 m d?une masse de 280 kg. Les hypothÚses d?une chute d?objet sur la caisse, de la chute d?une caisse ou d?un coup de fourche de chariot élévateur semblent donc des hypothÚses plausibles même s?il faut noter que les modules étant placés dans des caisses, celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. Ces essais montrent aussi que la détermination du point de démarrage de l?emballement thermique est plus compliquée que pour du Li-ion car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Signifiant que les limites d?énergie tolérables sont moins faciles à déterminer et que, d?un point de vue accidentel, l?abus a pu avoir lieu plusieurs minutes/heures avant la réaction (ce qui reste parfois possible mais dans une moindre mesure pour le Li-ion). La seconde hypothÚse étudiée est celle d?un défaut interne de type court-circuit entre cellules ou interne à certaines cellules constitutives des modules. Pour tester cette hypothÚse, un essai clou a été réalisé. Il n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Toutefois, même si ce test démontre une assez bonne résistance de la technologie à ce type d?abus, plusieurs facteurs pourraient modifier l?issue du test : vitesse de pénétration, le diamÚtre du clou et la position de percement. Afin de s?affranchir de ces nombreux paramÚtres de test, un test ne simulant non pas le défaut mais les conséquences d?un défaut, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé, sera proposé dans la partie suivante. Ces essais ont, en outre, permis de mettre en évidence la rapidité avec laquelle un module passe d?un état paraissant stable à une réaction trÚs violente, marquée de maniÚre quasi instantanée par des projections de métal en fusion. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 44 sur 200 PARTIE 2 : Comprendre les caractéristiques de l?incendie Cette seconde partie étudie les mécanismes de propagation de l'incendie d?un module et d?une caisse de module LMP en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. Elle comprend des essais d?exposition au feu d?échantillons allant jusqu?à des caisses de modules avec ou sans extinctions. Les effets observés lors de ces réactions seront analysés pour déterminer si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie. L'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage) seront évalués en utilisant notamment des outils de modélisation. Enfin, les analyses de gaz et de particules permettent d?évaluer la dangerosité des substances émises. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 45 sur 200 6 Essai de chauffe localisée 6.1 Objectif Cet essai a pour but de tester les conséquences d?un court-circuit interne. En effet, comme cela a été détaillé dans les parties consacrées aux courts-circuits internes (inter-EC et pénétration au clou), les reproductions expérimentales de courts circuits internes sont limitées et leur représentativité peut être discutée. Ici, plutÃŽt que de tenter de reproduire la cause de la défaillance, nous proposons de reproduire ses conséquences, c?est-à-dire un échauffement important, rapide et localisé des couches internes. A cette fin, des protocoles relativement robustes pour les batteries Li-ion ont été développés dans l?ISO 6469-2 ou dans la série 05 du R100, adoptée en GRSP en décembre 2024 ou sont en cours de développement dans des groupes de travail à visée rÚglementaire (transport marchandises dangereuses). Des détails techniques sont donnés en Annexe 3. Ici, deux configurations seront testées, la premiÚre sur un assemblage de deux EC, emballées dans une multicouche polymÚre (type pouch cell) et la seconde en module. L?assemblage d?EC est un échantillon préparé spécialement par Blue Solutions pour les besoins de l?essai mais n?existe pas tel quel au format commercial. Dans le cas des modules, il s?agit du plus petit niveau d?intégration existant permettant d?être testé tel quel (possédant un casing). L?implantation du pad chauffant y est cependant imparfaite car, comme décrit en Figure 25, un espace sépare systématiquement le casing de l?empilement d?EC. Ces vides sont remplis de gaz inerte (azote) afin d?éviter l?oxydation des composants et l?enveloppe ne peut donc pas être percée sans affecter les parties actives. Malgré cela, la méthode de chauffe rapide locale a été mise en oeuvre mais un second élément chauffant plus grand et puissant a été instrumenté dans le cas où le petit élément chauffant ne permet pas de déclencher l?emballement thermique. 6.2 Essai sur module 6.2.1 Instrumentation et protocole d?essai Chaque type de pad chauffant est instrumenté en double en cas de défaillance d?un pad et un isolant thermique (plaque d?inerta) est placé au-dessus afin d?éviter la dissipation thermique. L?ensemble est maintenu par des colliers métalliques afin d??assurer un bon contact pad/module. L?ensemble de cette instrumentation et du positionnement est décrit en Figure 25. Les caractéristiques du pad chauffant sont les suivantes : - L1 et L2 : o Taille de pad 2,5 x 2,5 cm, o Puissance : 600 W (100 W/cm2), o Température maximale 800°C, - Pads chauffants : Mica 1 et 2 , o Taille de pad : 50 x 15 cm, o Puissance : 3 300 W (4.4 W/cm2), o Température maximale 600°C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 46 sur 200 Figure 25 : Implantation des pad chauffants La Figure 26 et le tableau 3 détaillent le positionnement des thermocouples. Figure 26 : Positionnement des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée Tableau 3 : Position des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée N° TC Position 1 TC pad Watlow 1 2 1 cm du pad Watlow 1 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 47 sur 200 3 TC pad Watlow 2 (backup) 4 1 cm du pad Watlow 2 5 TC pad mica 1 6 1 cm du pad mica 1 7 Pad mica 2 8 1 cm pad mica 2 9 Face avant 10 Face arriÚre 11 Face arriÚre 12 Face inférieure 13 Face inférieure 14 Face latérale 15 Face latérale tabs - 16 Face latérale tabs + 17 Ambiant 18 Event Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci permet d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesure infrarouge en un point donné (disque de diamÚtre 2 cm). Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face supérieure du module. Le positionnement des fluxmÚtres est présenté en Figure 27. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 48 sur 200 Figure 27 : Disposition des fluxmÚtres lors de l?essai chauffe rapide localisée sur module La Figure 28 présente le positionnement du module avant essai. Figure 28 : Photos du module avant essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 49 sur 200 6.2.2 Phase de chauffe avec les pads chauffants localisés La Figure 29 présente les températures mesurées sur et à 1 cm des pads chauffants localisés. AprÚs avoir rapidement atteint les 200°C, le premier pad manque de puissance pour poursuivre l?augmentation de température. Le second pad est alors démarré. Il atteint rapidement 350°C et plafonne à cette valeur. Environ 1 h aprÚs le démarrage du second pad localisé, ils sont arrêtés puis redémarrés. 20 min aprÚs le redémarrage, la décision est prise d?arrêter la chauffe avec ces pads. Avec cette méthode, hormis les températures mesurées sur les pads, la température la plus haute atteinte sur le casing en aluminium est de 240°C à environ 1 cm du second pad. Cette température est trop faible pour déclencher l?emballement thermique du module. Figure 29 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants localisés 6.2.3 Pads chauffants mica La Figure 30 présente les températures mesurées sur et à 1 cm des pads chauffants en mica. Un premier allumage du pad chauffant est rapidement arrêté à cause d?une erreur de manipulation. La température de l?élément chauffant n?aura pas dépassé 300°C. Environ 2 min aprÚs, le pad chauffant est relancé. 420 s (7 min) aprÚs le début de la chauffe, le module réagit. La température maximale atteinte par le pad, juste avant évÚnement est de 715°C. La température enregistrée par le thermocouple « TC_prox_pad_M_2 », placé à 1 cm du pad chauffant (en jaune sur les graphs) est particuliÚrement intéressante car plus représentative de ce qu?il se passe à l?intérieur du module. A partir du début de la chauffe, celle-ci augmente de maniÚre quasi linéaire jusqu?à 7300 s, où un palier à environ 155°C apparait. Celui-ci dure 60 s et la température décroit ensuite vers un second palier autour de 120°C. Ce comportement pourrait être attribué à l?absorption de l?énergie par la fusion du Li métal (Tfusion =180°C). 80 s aprÚs, l?emballement thermique démarre. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 50 sur 200 Figure 30 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants en mica La Figure 31 présente des extraits de la vidéo de l?essai et la Figure 32 ceux de la caméra IR. Les premiÚres fumées sont constatées 5 min 54 s avant le début de l?emballement. L?origine de ces fumées est incertaine. DÚs que le premier signe d?inflammation apparait, les effets sont immédiatement trÚs prononcés et la réaction de combustion s?accompagne de projections attribuées à du métal (Li) en fusion. Ces projections ne sont pas retrouvées sur des batteries Li-ion et sont caractéristiques de l?emballement thermique de ce type de batteries (contenant du Li-métal). Durant les 30 premiÚres secondes, les effets se font ressentir principalement par la face avant (cf. Figures 32 et 33). La face opposée perce ensuite et l?ensemble du module devient rapidement entouré de flammes. 1 min aprÚs le début de l?emballement thermique, la réaction est pleinement développée. D?importantes projections de métal en fusion, associées à un éclatement sont parfois observées (cf. T0+ 1 min 40 s). 2 min 30 aprÚs son initiation, la réaction baisse fortement d?intensité même s?il faut encore attendre plusieurs minutes pour constater l?arrêt des flammes. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 51 sur 200 Figure 31 : Extraits de la vidéo de l?essai de surchauffe par pad module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 52 sur 200 Figure 32 : Extraits de la vidéo thermique lors de l?essai de surchauffe par pad chauffant La Figure 33 présente l?enregistrement des thermocouples. DÚs que l?emballement thermique est atteint, l?ensemble des thermocouples placés sur le module enregistrent une augmentation de température. La face latérale (TC11) semble impactée plus tardivement (15 à 20 s aprÚs le début de l?emballement). AprÚs environ 30 s, l?ensemble des thermocouples enregistrent des températures supérieures à 1200 °C et les températures ensuite enregistrées ne sont plus représentatives. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 53 sur 200 Figure 33 : Enregistrements des températures de peau du module lors de l?essai de surchauffe par pad. Saturation des TCK à 1200°C Le pyromÚtre permet de mieux approcher les températures atteintes durant la réaction. La Figure 34 présente l?enregistrement des températures ainsi mesurées. En tout début de réaction, les températures enregistrées sont trÚs bruitées et difficilement exploitables, cependant, aprÚs quelques secondes, il permet de constater que les températures maximales atteintes oscillent entre 1500 °C et 1600 °C, voire dépassent momentanément 1600 °C (valeur limite du capteur). AprÚs 30 s de températures dans ces valeurs, la réaction, au point visé par le capteur, semble baisser en intensité et retrouve des valeurs autour de 800 °C. 1 min plus tard, une nouvelle augmentation de température culminant à 1400 °C est constatée. Elle peut être liée à la chute/fonte de la paroi du casing découvrant l?intérieur du module où la réaction est plus chaude. 2 min aprÚs le début de la réaction, les températures passent définitivement en dessous de 1000 °C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 54 sur 200 Figure 34 : Température enregistrée par le pyromÚtre en un point au milieu de la face supérieure du module. Saturation de l?instrument à 1600°C La Figure 35 présente la tension enregistrée. Une chute légÚre de tension est décelable 20 secondes avant le début de l?emballement thermique. 20 secondes aprÚs le début de l?emballement thermique, la tension chute brutalement de 40 V à 0 V, marquant vraisemblablement une déconnexion de l?empilement d?EC des bornes du module. Figure 35 : Tension du module lors de l?essai surchauffe par pad La Figure 36 présente les flux thermiques rayonnés. Conformément aux autres éléments (thermocouples et vidéo), ils permettent de constater que la réaction dure environ 2 min 20. Un pic proche de 14 kW/m2 est enregistré par les deux fluxmÚtres placés symétriquement de part et d?autre de la face avant, à 2,5 m de l?échantillon. Le fluxmÚtre 1 enregistre des valeurs inférieures car positionné plus loin (3,5 m). En début de réaction, le fluxmÚtre 1 enregistre des valeurs encore moindres car il est à l?opposé du cÃŽté où la réaction débute. Ces résultats sont plus largement exploités dans le chapitre 12 (Partie 2). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 55 sur 200 Figure 36 : Valeurs de flux thermiques rayonnés enregistrés lors de l'essai surchauffe par pad module Enfin, la Figure 37 présente les résidus aprÚs essai. De maniÚre similaire aux autres essais ayant conduit à une réaction, l?échantillon est entiÚrement détruit et des résidus brunâtres sont retrouvés. La partie 3 de ce rapport est consacré à la caractérisation de ces résidus dans l?optique d?évaluer si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 56 sur 200 Figure 37 : Photographie aprÚs essai Au final, la chauffe avec un pad de grande dimension et suffisamment puissante a permis de déclencher un emballement généralisé du module. Cette méthode, facile à mettre en oeuvre expérimentalement et peu invasive, sera reprise comme moyen de déclenchement pour les essais de propagation (caisse) même si elle n?est pas forcément représentative d?un court-circuit interne localisé. En revanche, la chauffe rapide localisée n?a pas permis de déclencher d?emballement thermique. Comme l?électrochimie (EC) est éloignée physiquement de la zone chauffée (casing alu), il est difficile de conclure et un essai sur EC est proposé dans la partie suivante. 6.3 Essai sur EC 6.3.1 Instrumentation et protocole d?essai Pour cet essai, l?assemblage de 2 EC en série a été équipé de 4 thermocouples tels que décrits en Figure 38. Figure 38 : Positionnement du pad chauffant et des thermocouples pour l?essai sur EC Le pad est positionné au centre de la face de l?EC et recouvert d?une couche d?isolant souple. Les caractéristiques du pad sont les suivantes : o Taille de pad 25 x 25 x 4 mm, o Puissance : 600 W (100 W/cm2), o Température maximale 800°C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 57 sur 200 Afin d?assurer un bon contact entre le pad chauffant et l?EC ainsi qu?une pression sur les EC, le systÚme a été placé entre deux parpaings réfractaires de type siporex de 15 kg chacun. La Figure 39 présente le dispositif avant essai. Figure 39 : Montage expérimental de l?essai chauffe rapide localisée sur EC 6.3.2 Résultats La Figure 40 présente les extraits vidéos de la chauffe avec le premier pad chauffant. 33 s aprÚs le début de la chauffe, une légÚre fumée est visible. 10 s plus tard, une lueur apparait sous les siporex et de faibles flammes sont visibles l?espace de quelques secondes. Ce moment coïncide avec la perte du pad chauffant (il n?accepte plus de courant). L?hypothÚse que nous retenons est une défaillance du pad chauffant. Lors de cette chauffe, aucune donnée n?était enregistrée suite à une erreur d?enregistrement. Afin de poursuivre le test, le pad chauffant a été remplacé par un second pad du même type, placé au même endroit. Cette fois, par simplicité, aucune couche d?isolant ne sera placée dessus (hormis le siporex). L?essai est relancé dans l?heure qui suit. Figure 40 : Extraits vidéo de la premiÚre chauffe n?ayant pas provoqué d?emballement thermique Les données de la chauffe avec le second pad ont cette fois été enregistrées et sont présentées ci- dessous en Figure 41. La puissance de l?élément chauffant est progressivement augmentée jusqu?à 300 W, ce qui permet d?obtenir une rampe de température de l?ordre de 17 °C/s au niveau du pad, jusqu?à atteindre 796 °C. A cette température, une rupture de pente est observée et la chauffe s?accélÚre, probablement portée par une réaction exothermique de l?EC. 50 s aprÚs le début de la chauffe, le thermocouple placé sur le pad sature (1200 °C) témoignant de la réaction de l?EC. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 58 sur 200 On note qu?il reste possible de passer du courant pendant quelques secondes dans le pad, ce qui cette fois permet de conclure à une réaction de l?EC et non une défaillance du pad. 10 s plus tard (80 s), le thermocouple placé à la surface de l?EC abusé enregistre une élévation rapide de température, d?abord jusqu?à 1000 °C puis sature (1200 °C). La réaction se diffuse sur le premier EC et, 30 s aprÚs les premiers signes de réaction, le TC3 placé à 15 cm du pad chauffant enregistre une élévation rapide de température, jusqu?à saturation. C?est à ce moment que la tension du systÚme s?annule une premiÚre fois. Il faudra 30 s de plus pour que la réaction se propage au second EC (125 s) (TC 4 et 5). Figure 41 : Données enregistrées lors de l?essai de chauffe externe rapide sur EC Les extraits vidéos de l?essai présentés en Figure 42 sont en concordance avec la description faite par l?analyse des données. On notera la présence de projections dÚs les premiers instants de la réaction. Il faut environ 30 s pour que la réaction se développe et devienne intense. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 59 sur 200 Figure 42 : Extraits vidéo de la seconde chauffe aprÚs remplacement du pad chauffant Une chauffe rapide localisée à la surface d?un EC a donc permis de créer un emballement thermique de l?ensemble de l?EC qui s?est ensuite propagé à l?EC en série placé dessous. En supposant que cet essai soit représentatif de ce qu?il pourrait se passer en cas de défaut interne, il est donc possible de conclure qu?un défaut interne ait pu causer l?emballement thermique d?un EC qui s?est ensuite propagé au module. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 60 sur 200 7 Comportement d?un module LMP exposé à un flux calibré (essai feu sur module) 7.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la réaction d?un module LMP lorsqu?il est en emballement thermique. Cet essai a été réalisé le 18/10/2023. Plusieurs paramÚtres importants ont été étudiés : o La température à laquelle le module commence à réagir, o Le flux thermique dégagé (HRR (Heat Release Rate) et THR (Total Heat Release)), o La température maximale atteinte lors de la réaction, o Les effets de la réaction (projection, écoulements, ?), o La qualification des gaz et particules émises (notamment vis-à-vis des risques toxiques et d?explosion). Pour cela un module chargé à 100 % est soumis à un flux thermique radiatif, représentatif d?un feu développé. Classiquement, des panneaux radiants sont utilisés pour produire le flux thermique radiatif. La violence de la réaction attendue du module et afin de préserver l?intégrité du moyen d?essai, il a été préféré d?adapter le protocole. Le module a ainsi été placé au centre d?une virole en acier de 2 mm d?épaisseur, de 40 cm de diamÚtre et de 80 cm de longueur, elle-même suspendue au-dessus d?un feu de propane. En ajustant la puissance du feu de propane, la puissance thermique radiative reçue par le module a pu ainsi être ajustée. Cet ajustement de protocole empêche une bonne mesure des flux thermiques émis mais permet l?évaluation des autres paramÚtres recherchés (nb : pour l?étude des flux thermiques émis par un module, se reporter à la partie 6 surchauffe module par pad chauffant). Le montage expérimental est présenté en Figure 43. Le moyen d?essai est placé au centre d?une chambre d?essai de 300 m3 dotée d?une extraction forcée de 35 000 m3/h s?effectuant verticalement à 7 m de hauteur. Les entrées d?air sont assurées par des ouvertures de 40 x 40 cm² réparties sur tout le pourtour de la chambre. Figure 43 : Photographies du moyen d?essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 61 sur 200 Le module est placé verticalement dans la virole au-dessus d?un lit de sable. Le feu de propane est allumé par un opérateur au moyen d?un chalumeau. L?essai de calibration dont les résultats sont présentés sur la Figure 44 a permis de déterminer que pour un débit de propane fixé à 25 g/s, les températures à l?intérieur de la virole montent progressivement pendant 5 min jusqu?à 400°C environ et le flux absorbé par l?échantillon est alors estimé à un flux compris entre 10 et 15 kW/m2 en considérant les effets convectifs et radiatifs. Figure 44 : ParamÚtres mesurés (températures, flux à l?intérieur de la virole) lors d?un essai à blanc Le feu est maintenu jusqu?à ce que l?emballement thermique du module soit atteint. La Figure 45 présente l?implantation des thermocouples. Figure 45 : Implantation des thermocouples Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 62 sur 200 Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci permet d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesure infrarouge en un point donné (disque de diamÚtre 2 cm). Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face visible du module (Cf. Figure 46). Avec ce type de mesure, l?émissivité de la flamme n?étant pas connue (fixée arbitrairement à 0.95), la précision de la valeur de température est de l?ordre de 10 %. A noter que pour une valeur d?émissivité de flamme plus faible, les températures mesurées seraient plus élevées. Malgré les difficultés posées par la virole pour mesurer le flux thermique émis, un fluxmÚtre a été positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut (hauteur du haut de la virole). La Figure 46 présente le montage expérimental avant essai. Figure 46 : Montage expérimental de l?essai flux radiatif 7.2 Résultats 7.2.1 Observations La Figure 47 présente des extraits de la vidéo d?essai. AprÚs allumage du bac feu, celui-ci se stabilise rapidement (30 s). 15 min aprÚs l?allumage du bac, une premiÚre réaction est observée (projection de gaz, de flammes et de particules incandescentes par le haut de la virole). 6 secondes aprÚs ces premiers signes de réaction, l?intensité du feu de propane a drastiquement baissé et la réaction à l?intérieur de la virole semble relativement faible (de légÚres flammes ressortent). Cette chute d?intensité est marquée par le pic négatif au temps t0 + 15,75 min sur le graphe de débit calorifique (Figure 55). Il faut attendre 30 s pour que la réaction s?intensifie et 36 s pour que des projections importantes de Li en fusion apparaissent. 1 min 20 aprÚs le début de réaction, la virole dans laquelle est maintenu le module se perce en deux points au niveau de sa base. 1 min 56 aprÚs le début de réaction, la réaction semble atteindre un pic d?intensité, coïncidant avec le pic de flux thermique rayonné mesuré par le fluxmÚtre et le second pic de débit calorifique mesuré. Environ 2 min 30 s aprÚs son initiation, la réaction baisse nettement d?intensité, il faudra ensuite attendre plusieurs minutes pour que la réaction s?arrête. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 63 sur 200 Figure 47 : Extraits de la vidéo de l?essai flux thermique Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 64 sur 200 La Figure 48 présente des extraits de la vidéo enregistrée par caméra infrarouge. Elle permet de constater que, quelques secondes avant la réaction, le bas de la virole a une température de 640 °C. DÚs que la réaction débute, les valeurs maximales de températures dépassent les 660 °C dans les zones blanches et la caméra se sature. Peu d?informations sont exploitables de ces données. Figure 48 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai flux radiatif Les photos aprÚs essais sont présentées en Figure 49. Elles permettent de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus, rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées de métal fondu (probablement l?acier de la virole). La virole en acier (Tfus env. 1400 °C) est percée et largement dégradée attestant de températures extrêmement élevées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 65 sur 200 Figure 49 : Photographies du montage aprÚs l?essai de flux radiatif 7.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 50 présente les enregistrements de température de l?ensemble des thermocouples. Le thermocouple placé dans les flammes (env. 20 cm sous la virole) enregistre une élévation rapide de température et oscille ensuite entre 800 et 1000 °C en fonction du contact ou non à la flamme. Les autres températures augmentent progressivement. 15 min aprÚs l?allumage du feu et que l?échantillon soit soumis à un flux thermique compris entre 10 et 15 kW/m2 sur toute sa surface extérieure, le module s?emballe et les températures enregistrées dépassent alors les 1200 °C (limite haute des thermocouples). La Figure 51présente une sélection de thermocouples afin de permettre une meilleure visualisation des variations de températures du module. Juste avant l?emballement thermique, les températures maximales enregistrées sur les faces du module sont de l?ordre de 480 °C. DÚs lors que la réaction du module débute (1544 s), le feu de propane est stoppé (1550 s) et la température enregistrée par le thermocouple dans le feu décroit. 16 secondes (1560 s) aprÚs les premiers signes de réaction, le thermocouple positionné sur la tab (face orientée vers le haut de la virole) dépasse 1200 °C. Il faut 13 secondes de plus (1573 s) pour que des températures supérieures à 1200 °C soient enregistrées sur l?ensemble des faces. AprÚs cela, l?ensemble des thermocouples est saturé et les valeurs enregistrées ne sont plus significatives. Figure 50 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 66 sur 200 Figure 51 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif (sélection de thermocouples) La Figure 52 présente l?enregistrement effectué par le pyromÚtre. Cet enregistrement reflÚte la température en un point au centre de la face supérieure (proche des bornes). DÚs l?allumage du feu, des oscillations trÚs brÚves jusqu?à 1400 °C sont enregistrées mais ne sont pas représentatives de la température de la face (perturbation par les flammes). DÚs lors que le module réagit (1544 s), la température s?élÚve jusqu?à osciller entre des températures de 1100 à 1200 °C au plus fort de la réaction. Environ 5 min aprÚs le début de la réaction, les températures retombent en dessous de 800 °C. Il faut noter que les températures ainsi observées n?auraient pas suffi à saturer les thermocouples positionnés sur le module tels que cela a été observé. Les hypothÚses les plus probables sont que le montage (avec la virole autour) a gêné la mesure du pyromÚtre et les valeurs enregistrées ne sont pas celles du module ou le module s?est affaissé en cours d?essai et les valeurs mesurées sont celles de la paroi de la virole. En conclusion, nous proposons de ne pas retenir ces températures et nous préfÚrerons retenir celles qui seront enregistrées lors des autres essais, où le montage sera plus adapté. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 67 sur 200 Figure 52 : Enregistrements de la température effectuée par le pyromÚtre au centre de la face supérieure (proche des bornes) La Figure 53 présente l?enregistrement de tension effectué lors de l?essai flux radiant. Les premiÚres variations de tension (environ 1 V) se font ressentir à 1542 s, soit 2 secondes avant les premiÚres élévations de températures violentes enregistrées. La tension s?annule environ 1 min aprÚs le début de la réaction, ce qui atteste d?une réaction séquentielle des EC à l?intérieur du module. Figure 53 : Enregistrements de la tension du module lors de l?essai flux radiatif. La Figure 54 présente les flux thermiques enregistrés au cours de l?essai. Conformément aux autres éléments (thermocouples et vidéo), ils permettent de constater que la réaction dure environ 2 min 30. Un pic proche de 12 kW/m2 est enregistré par le fluxmÚtre positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut Ces résultats sont plus largement exploités dans le chapitre 12. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 68 sur 200 Figure 54 : Enregistrements des flux thermiques Pour compléter cette mesure, et comme une analyse de gaz a été réalisée lors de cet essai, des valeurs de débit calorifique et de chaleur de combustion ont pu être calculées par CDG et OC. Des détails sur ces méthodes sont donnés en Annexe 4. La Figure 55 présente ainsi les valeurs de débit calorifique (HRR) calculées par ces méthodes. De l?allumage du feu (T0) à la réaction du module (15 min), le débit calorifique est entiÚrement imputable au feu de propane. Celui-ci est stable, entre 1 et 1,3 MW. DÚs que la réaction s?amorce (15 min), le feu de propane est stoppé. Un régime transitoire sur une période d?environ 30 s est observé durant lequel il est difficile d?attribuer l?origine de la chaleur de combustion (feu de propane vs module). AprÚs cela, l?entiÚreté du débit calorifique est attribuée au feu du module. La réaction augmente progressivement en intensité jusqu?à atteindre un premier pic à 1,8 MW 1 min 30 aprÚs les premiers signes de réaction. Un second pic culminant à 2,4 MW est observé 2 min 10 aprÚs le début de réaction. En intégrant ces données, il est possible de calculer l?énergie totale dégagée. La Figure 56 présente cela. Les valeurs ainsi calculées sont comprises entre 178 MJ et 198 MJ selon la méthode choisie (respectivement CDG et OC). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 69 sur 200 Figure 55 : Débit calorifique (HRR) calculé par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 70 sur 200 Figure 56 : Chaleur de combustion calculée par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif 7.2.3 Estimation de l?émittance de flamme L?émittance de flamme peut être estimée au moyen du modÚle de la flamme solide en postulant que le flux reçu par le fluxmÚtre suit la formule suivante : ?? = ????0 Avec : ?? = Flux reçu par le fluxmÚtre (kW/m²) ? = Facteur de transmissivité atmosphérique (-) ?? = Facteur de vue entre la flamme et le fluxmÚtre (-) ?0 = Emittance de flamme (kW/m²) Le facteur de vue est l?angle solide entre la flamme et le fluxmÚtre. Le facteur de transmissivité atmosphérique traduit l?absorption des rayonnements par l?air présente entre la surface radiante et le fluxmÚtre. Ce modÚle est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 2,5 m de hauteur et de 1 m de diamÚtre, - un flux rayonné mesuré au niveau du fluxmÚtre situé à 3 m de la flamme de 11 kW/m², Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 71 sur 200 L?émittance maximale calculée avec cette méthode est d?environ 170 kW/m². A noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. Une taille de flamme plus petite conduirait à une émittance plus élevée et inversement. Toutefois, au regard des températures mesurées et des conséquences observées, cet ordre de grandeur d?émittance semble physiquement possible. 7.3 SynthÚse Le Tableau 4 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 4 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence les points suivants : - l?emballement du module peut s?amorcer lorsque que ce dernier est soumis à un flux compris entre 10 et 15 kW/m² pendant environ 15 min. Cela laisse supposer qu?un stockage de modules exposé à un feu situé à quelques mÚtres pendant plus de 10 min est susceptible de s?enflammer ; - la durée de la réaction est trÚs courte (2,5 min) ; - l?émittance maximale de flamme issue de cet emballement est de l?ordre de 170 kW/m², caractéristique des feux de métaux. 8 Comportement d?une caisse de modules LMP prise dans un incendie (essai feu sur caisse) 8.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la réaction d?une caisse de modules LMP, lorsqu?elle est soumise à un feu externe. Cet essai a été réalisé le 22/03/2024. Plusieurs paramÚtres importants ont été étudiés : o Mesure de la température de début de réaction et de la température maximale de la réaction, o Mesure du flux thermique dégagé (HRR et THR), o Analyse des effets de la réaction (projection ?), o Mesure des gaz et particules émises (traitée dans une partie dédiée). Lors de l?essai feu, la caisse de modules chargées à 100% était positionnée au-dessus d?un lit de gravier à travers duquel diffusait un débit contrÃŽlé de gaz inflammable (en l?occurrence du propane). Ce systÚme a permis de maintenir une flamme relativement homogÚne englobant toute la surface de la caisse. Le flux thermique apporté par cette agression à la caisse excÚde à certains endroits 100 kW/m². L?alimentation en gaz s?est fait sous débit contrÃŽlé et à partir de plusieurs bouteilles de stockage disposées à l?extérieur de la chambre d?essai. Le montage expérimental est présenté en Figure 57. Le banc d?essai est placé au centre d?une chambre d?essai de 1000 m3 dotée d?une ventilation forcée d?environ 80 000 m3/h. Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du module (min) Durée totale de la réaction du module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (méthode CDG/OC) (MJ) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Flux thermique de 10 à 15 kW/m² 15 2.5 2400 178/198 > 1200 11 170 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 72 sur 200 Figure 57 : Montage expérimental de l?essai feu caisse La caisse de 7 modules, agencés tels que schématisés en Figure 58 a été placée horizontalement sur deux rangés de parpaing siporex, au-dessus du bac feu. Afin d?améliorer les prises de vues et le suivi de la réaction, la partie supérieure de la caisse ainsi que sa façade ont été retirées. Le feu de propane est allumé jusqu?à l?amorçage de l?emballement thermique. Figure 58 : Agencement des 7 modules dans la caisse Chaque module était équipé de deux thermocouples de type K, disposés tels que décrits sur la Figure 59. Le positionnement des fluxmÚtres est détaillé sur cette même figure. La hauteur h1 est de 135 cm. Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci a permis d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesures infrarouges sur une zone définie. Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face visible (proche des bornes) du module 4 sur une surface circulaire d?environ 2 cm de diamÚtre. Il est à noter que, pour cet essai, la caméra thermique utilisée permet un enregistrement des températures jusqu?à 2000 °C et non 660°C comme celle utilisée lors d?autres essais. Comme pour le pyromÚtre, avec ce type de mesure, l?émittance de la flamme n?étant pas connue (fixée arbitrairement à 0,95), la précision de la valeur de température est de l?ordre de 10 %. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 73 sur 200 Figure 59 : Disposition des thermocouples et des fluxmÚtres 8.2 Résultats 8.2.1 Observations La Figure 60 présente des extraits vidéos enregistrés par la caméra infrarouge et permet de suivre le déroulé de l?essai. Le feu de propane est allumé 11 min avant la premiÚre réaction visible d?un module. Il faut noter que du fait de la ventilation forcée et des arrivées d?air pas parfaitement symétriques, le feu de propane tire vers le module 1. Cette asymétrie du feu est assez visible sur les images -3min 52 s et -14 s de la Figure 61. De fait, le module 1 (à gauche de la caisse) réagit en premier. Le gaz est arrêté environ 15 s aprÚs les premiers signes de réaction. Le module 2 commence à réagir 2 min 21 s aprÚs le module 1. L?ensemble des modules réagiront ainsi de suite, avec des effets comparables à ceux observés lors des essais précédents (projection de métal en fusion, flammes, etc.). Le temps de propagation moyen entre deux modules est de 1 min 30 s tandis que le temps le plus court est de 34 s (module 2 à 3) et le plus long 2 min 21 s (module 1 à 2). Comme la réaction d?un module dure environ 2 min 30 s, le nombre de modules réagissant simultanément ne dépasse pas 2 à 3. 15 minutes aprÚs le début de la réaction du premier module, la réaction baisse d?intensité, des flammes restent cependant visibles et les températures sur l?amas de résidus est proche de 1500 °C pendant plusieurs minutes. Une flaque de résidus en fusion reste visible au sol de la chambre d?essai. La température de cette flaque reste au-dessus de 1000 °C plusieurs minutes (3 à 5 min) et dépasse ponctuellement 1200 °C. A noter que la dynamique de propagation du feu dans cette configuration est plus rapide que celle que l?on observerait en l?absence de feu de propane car ce dernier a contribué dans un premier temps à fragiliser et à chauffer tous les modules. Les temps de propagation observés ici (entre 34 s et 2 min 21 s) sont donc raccourcis par l?agression initiale du feu de propane. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 74 sur 200 Figure 60 : Captures d?écran de la caméra infrarouge lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 75 sur 200 Figure 61 : Captures d?écran de la vidéo lors de l?essai feu caisse Les photos aprÚs essai sont présentées en figure 62. De maniÚre similaire aux autres essais, elles permettent de constater que la caisse de modules est complÚtement détruite. Des résidus rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées au niveau du sol. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 76 sur 200 Figure 62 : Photos prises aprÚs l?essai feu caisse 8.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 63 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le TC bac feu permet de constater l?allumage du feu de propane dÚs lors que des valeurs autour de 900 °C sont enregistrées. DÚs que le feu est éteint (11 min 15 s aprÚs allumage), les températures enregistrées par ce thermocouple décroissent. La réaction du premier module est marquée par l?augmentation trÚs rapide des thermocouples « M1_TC1 » et « M1_TC2 », dépassant 1200 °C. DÚs lors, l?ensemble des thermocouples enregistrent des augmentations brutales et au-delà de 1200 °C, dans un ordre ne correspondant pas à la séquence de propagation observée par caméra infrarouge. L?ensemble des enregistrements en température est présenté en Figure 64 mais ne sera pas exploité du fait des pertes d?information répétées. En revanche, le pyromÚtre a pu enregistrer des températures tout au long de l?essai. Durant la phase de feu de propane, le signal est trÚs bruité et ne sera pas exploité. Dans les premiers moments de la réaction, dÚs lors que le feu de propane est coupé, le pyromÚtre enregistre des températures inférieures à 400 °C. Il faut attendre 3 minutes pour que les températures enregistrées dépassent les 400°C sur un signal trÚs bruité. 5 min 25 s aprÚs le début de la réaction, le pyromÚtre enregistre des températures comprises entre 1200 et 1400°C pendant environ 3 minutes. Cette temporalité coïncide avec ce qui a été observé sur la caméra thermique (réaction du module 4). Enfin, les tensions enregistrées sont perdues quelques minutes aprÚs l?allumage du feu de propane et ne sont donc pas exploitables. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 77 sur 200 Figure 63 : Données enregistrées lors de l'essai feu caisse Figure 64 : Enregistrements de températures lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 78 sur 200 En plus des thermocouples et du pyromÚtre, la caméra thermique permet de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 65 présente ainsi la température maximale enregistrée par la caméra thermique en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température passe en moins de 20 s de 1000 °C (température du feu de propane) à plus de 1300 °C. Tout au long de la réaction, la température oscille entre 1300 et 1615 °C. Cette température est 200 °C plus élevée que la température enregistrée par le pyromÚtre car la zone concernée (1 pixel soit 0.25 cm²) est plus localisée que la surface moyenne sur laquelle le pyromÚtre travaille. En confrontant ces deux mesures, il est possible de conclure que la réaction produit des températures de l?ordre de 1400 °C et qui peuvent atteindre trÚs localement 1600 °C. Figure 65 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique La Figure 66 propose une extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules. De maniÚre générale, la température moyenne sur la face au cours de la réaction est de 1200-1300 °C. Cette extraction permet d?estimer les temps de réaction de chaque module, et de visualiser la dynamique de la propagation d?emballement thermique. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 79 sur 200 Figure 66 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules La Figure 67 présente les flux thermiques enregistrés au cours de l?essai. Conformément aux autres éléments (vidéo infra-rouge), ils permettent de constater que la réaction globale dure environ 12 min. Un pic proche de 22 kW/m2 est enregistré par le fluxmÚtre 4 positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut. De maniÚre générale, ce fluxmÚtre enregistre des valeurs de flux supérieures aux autres fluxmÚtres du fait de son positionnement dans le sens du flux créé par la ventilation forcée orientant les flammes du cÃŽté de ce fluxmÚtre. En fin de réaction, lorsque les modules qui réagissent sont situés à l?opposé, cet écart se réduit. Chacun des pics de cette figure correspond au pic d?intensité d?un module et est cohérent avec les autres analyses effectuées. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 80 sur 200 Figure 67 : Flux radiatifs enregistrés par les fluxmÚtres lors de l?essai feu caisse. Pour compléter cette mesure, et comme une analyse de gaz a été réalisée lors de cet essai, des valeurs de débit calorifique et de chaleur de combustion ont pu être calculées par CDG et OC. Des détails sur ces méthodes sont donnés en annexe 4. Les deux courbes sont présentées mais nous préfÚrerons utiliser les résultats du calcul d?OC pour l?exploitation (moins sujet aux variations de coefficients selon le combustible). La Figure 68 présente ainsi les valeurs de débit calorifique (HRR) calculés par ces méthodes. De l?allumage du feu (T0) à la réaction du module (15 min), le débit calorifique est entiÚrement imputable au feu de propane. Celui-ci est stable à environ 1,5 MW. DÚs que la réaction est observée (12 min), le feu de propane est arrêté. Un régime transitoire d?environ 30 s est observé durant lequel il est difficile d?attribuer l?origine de la chaleur de combustion (feu de propane vs module). AprÚs cela, l?entiÚreté de la chaleur de combustion est attribuée au feu des modules. La réaction augmente progressivement en intensité jusqu?à atteindre un premier pic à 4 MW 2 min 30 s aprÚs les premiers signes de réaction et correspondant à la réaction simultanée des deux premiers modules. Des pics s?enchaînent ensuite en fonction de la réaction des modules. Le maximum d?intensité est calculé environ 10 min aprÚs le début de la réaction et correspond à la réaction quasi simultanée des modules 6 et 7. Ce pic atteint 5,5 MW. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 81 sur 200 En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Les valeurs ainsi calculées sont respectivement 1872 MJ et 2143 MJ selon la méthode choisie, soit une chaleur de combustion d?environ 10,2 MJ/kg, en utilisant la perte de masse mesurée (fig. 69). On rappelle que le PCI du bois est de 18 MJ/kg. Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car elle a en partie brulé lors de la phase avant l?emballement du premier module. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Figure 68 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu sur caisse La Figure 69 présente la perte de masse au cours de l?essai. La perte totale de masse mesurée est de 185 kg soit 2/3 de la masse initiale de l?échantillon. La perte de masse observée pendant les 14 premiÚres minutes est due à l?évaporation de l?humidité présente dans les graviers et le sable disposés au sol et à la combustion partielle de la caisse en carton/bois. La dérivation de cette courbe permet d?obtenir le débit massique qui culmine à 280 g/s 5 min aprÚs le début de la réaction. La vitesse de combustion surfacique maximale atteint donc 280 g/m²/s et la vitesse moyenne atteint 185 g/m²/s pendant la durée de réaction des modules (de la 15iÚme à la 25iÚme minute). A titre de comparaison, la vitesse de combustion de 2 m² d?heptane (composant de l?essence) atteint 60 g/m²/s. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 82 sur 200 Figure 69 : Perte de masse et débit massique lors de l?essai feu caisse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 83 sur 200 8.2.3 Estimation de l?émittance de flamme Le modÚle présenté au paragraphe 7.2.3 est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 1,5 à 2 m de hauteur et de 1 m de diamÚtre, - un flux maximal mesuré au niveau du fluxmÚtre F1 situé à 3 m de la flamme de 10 kW/m² (le fluxmÚtre 4 mesure 22 kW/m² mais l?interprétation de ces résultats est plus difficile car la flamme penche vers ce fluxmÚtre). L?émittance maximale calculée avec cette méthode varie entre 165 et 200 kW/m². A noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations à un instant t. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. 8.3 SynthÚse Le Tableau 5 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 5 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie A moyenne échelle, des émittances de flamme élevée ont pu être mesurées dont le maximum a pu être évalué entre 165 et 200 kW/m². Par ailleurs, les températures observées sont caractéristiques des feux de métaux. L?énergie libérée est environ 10 fois plus élevée que celle mesurée lors de l?essai sur un module. L?énergie libérée lors de cet essai par module est donc plus important. Cela peut s?expliquer par le type d?agression plus intense pour cet essai, un effet d?échelle ou encore la présence de matériaux additionnels (palette, ?). Date de l'essai Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode CDG/OC) (MJ) Chaleur de combustion (modules seuls) (MJ/kg) Durée de réaction des modules (min) 22/03/2024 7 feu englobant > 100 kW/m² 11 5500 1872/2143 10.2 10 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Vitesse de combustion moyenne (g/m²/s) Température maximale mesurées par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique (°C) Températur moyenne mesurée par la caméra thermique (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) 66 280 185 > 1200 1615 1400 10 165-200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 84 sur 200 9 Propagation de l?emballement thermique d?un module au sein d?une caisse (essai de propagation sur caisse) 9.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la possibilité de propagation au sein d?une caisse et entre caisses en cas de réaction d?un module au sein d?une caisse. Cet essai a été réalisé le 07/03/2024. Plusieurs paramÚtres importants seront étudiés : o Analyse de la propagation aux modules et caisses voisines en condition de stockage, o Mesure du flux thermique dégagé (HRR et THR), o Analyse des effets de la réaction (projection ?), o Conclusion sur la possibilité de propagation de l?emballement thermique d?un seul module au reste de la caisse, voir au reste de l?entrepÃŽt. Lors de l?essai propagation, deux caisses de modules chargées à 100 % ont été positionnées l?une sur l?autre. Chacune des caisses contenait trois modules devant être chargées à 100 % et 4 boitiers de modules vides utilisés pour reproduire l?encombrement dans une caisse sans augmenter la charge calorifique (pour assurer la sécurité du moyen d?essai). La disposition des modules et des caisses est présentée en Figure 70. Figure 70 : Disposition des modules dans les caisses. Le module central de la caisse du bas (C1M3) était équipé d?un pad chauffant ayant les caractéristiques suivantes : o Taille de pad : 50 x 15 cm, o Puissance : 3 300 W (4,4 W/cm2), o Température maximale 600°C. L?assemblage était placé au centre d?une chambre d?essai de 1000 m3 dotée d?une ventilation forcée de 80 000 m3/h. Le montage expérimental est présenté en Figure 71. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 85 sur 200 Figure 71 : Montage expérimental de l?essai propagation caisse Chaque module est équipé de thermocouples de type K, disposés tels que décrits sur la Figure 72. Le positionnement des fluxmÚtres est détaillé sur cette même figure (h1 =1,35 m). Figure 72 : Positionnement des thermocouples et des fluxmÚtres lors de l?essai propagation caisse Il est à noter que, pour cet essai, la caméra thermique utilisée permet un enregistrement des températures jusqu?à 2000 °C et non 660 °C comme pour d?autres essais. Elle a été cependant placée derriÚre un écran de protection, ce qui affecte les valeurs de températures mesurées et qui ne pourront pas être prises en compte. Cet écran a été utilisé seulement pour cet essai. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 86 sur 200 9.2 Résultats 9.2.1 Observations La Figure 73 présente des extraits vidéos enregistrés par la caméra infrarouge et permet de suivre le déroulé de l?essai. Le pad chauffant est allumé 640 s avant la premiÚre réaction visible d?un module. Aucune évolution n?est visible durant ce laps de temps car l?échauffement est masqué par la présence des caisses. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. Le pad chauffant est immédiatement arrêté et la réaction s?intensifie rapidement. 1 min aprÚs les premiers signes de réaction, la réaction est particuliÚrement intense. Les images des caméras présentées en Figure 74 permettent de mieux se rendre compte de l?intensité des flammes. Les modules étant placés à l?intérieur de caisses, il est difficile de suivre la propagation de la réaction. A environ 3 min, une accalmie de la réaction perceptible sur les enregistrements IR et HD est visible. A cet instant, la partie gauche de la façade de la caisse supérieure est tombée et permet de constater que les modules de la caisse supérieure n?ont pour l?instant pas réagi. Le premier module de la caisse du haut commence à réagir à 3 min 30 sec et les modules suivants commenceront à réagir respectivement 1 min et 2 min 30 sec plus tard. La phase violente de la réaction se termine environ 9 min aprÚs le début de réaction mais une réaction lente, correspondant à la combustion des résidus, des casings de modules vides et des caisses en bois se poursuit pendant plusieurs dizaines de minutes. Les effets sont comparables à ceux observés lors des essais précédents (projection de métal en fusion, flammes, etc.), une flaque de résidus en fusion est visible sur le sol de la cellule d?essai. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 87 sur 200 Figure 73 : Captures d?écran de la vidéo infrarouge lors de l?essai propagation caisse. Attention, ne pas tenir compte des températures relevées (effet écran de la protection) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 88 sur 200 Figure 74 : Captures d?écran des caméras lors de l?essai de propagation caisse Les photos aprÚs essai sont présentées en Figure 75. De maniÚre similaire aux autres essais, elles permettent de constater que la caisse de module est complÚtement détruite. Des résidus rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées au niveau du sol. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 89 sur 200 Figure 75 : Photos aprÚs l?essai de propagation caisse 9.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 76 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le pad chauffant est allumé 11 min avant que les premiers effets soient observables. Alors que le thermocouple placé sur le pad chauffant enregistre 354°C et que le thermocouple placé à 1 cm du pad (sur le casing du module), censé être plus représentatif de la température interne, atteint 164°C, la réaction débute (788 s). A cet instant, les modules adjacents enregistrent une température maximale de 32°C et l?ensemble des autres modules ont une température de peau à 10°C (température ambiante). Le pad est immédiatement éteint. Une augmentation progressive de la température est enregistrée par les thermocouples placés sur le module 3 pendant 25 s. Alors que le thermocouple placé sur le pad enregistre 660°C une augmentation brutale de la température est enregistrée (817 s), en quelques secondes l?ensemble des thermocouples placés sur le module 3 sont saturés (1200 °C). 3 secondes plus tard, l?ensemble des thermocouples de la caisse du bas sont saturés. Dans la caisse du haut, une augmentation progressive de température se fait ressentir aprÚs une minute de réaction (850 s) et des valeurs aberrantes seront affichées 30 secondes plus tard. Il est trÚs probable que la réaction de la caisse du bas ait affectée l?intégrité des thermocouples, sans que l?on puisse conclure sur les températures de la caisse du haut à partir de cet instant. DÚs lors, les mesures de températures ne sont plus exploitables. La tension du module 3 varie de quelques volts 2 à 3 secondes avant les premiers signes de réaction. Elle décroit ensuite et s?annule 20 secondes plus tard (807 s). Les tensions des modules adjacents s?annulent respectivement 7 et 8 secondes plus tard. Dans la caisse 2, les tensions s?annulent brutalement environ 40 secondes aprÚs les premiers signes de réaction, ce qui correspond à l?intensification de la réaction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 90 sur 200 Figure 76 : Données enregistrées lors de l?essai propagation caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 91 sur 200 Le flux thermique à 3,5 m prend des valeurs conséquentes (> 5 kW/m2) environ 40 s aprÚs le début de la réaction. La Figure 77 présente les enregistrements réalisés par les 4 fluxmÚtres lors de l?essai. Le fluxmÚtre 3 enregistre les valeurs de flux les plus élevées, ce qui est cohérent avec les observations de la vidéo (Figure 74) dans laquelle on constate que les flammes ont tendance à sortir vers l?avant de la caisse, où est positionné le fluxmÚtre 3. Un pic à 18 kW/m2 est ainsi enregistré par le fluxmÚtre 3, 1 min 10 s aprÚs les premiers signes de réaction (860 s). Un pic d?intensité plus faible (14 kW/m2) est enregistré 1 min plus tard. S?en suit une accalmie de la réaction marquant la fin de la réaction de la premiÚre caisse (caisse du bas). 4 min 20 sec aprÚs les premiers signes de réaction, la réaction se réintensifie, signalant le début de la réaction de la caisse du haut. Cette réaction est marquée par 3 pics correspondant à la réaction des 3 modules. Environ 9 min aprÚs le début de réaction, les flux repassent sous les 6 kW/m2 marquant la fin de la phase intense de réaction. Il faudra environ 30 min pour que le flux 3 repasse en dessous de 1 kW/m2. Figure 77 : Flux thermiques enregistrés lors de l?essai de propagation sur caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 92 sur 200 La même dynamique de réaction est observée sur le débit calorifique calculé avec les méthodes calorimétriques OC et CDG détaillées en Annexe 4 et présentées en Figure 78. Les deux courbes sont présentées mais nous préfÚrerons utiliser les résultats du calcul d?OC pour l?exploitation (moins sujet aux variations de coefficients selon le combustible). La valeur maximale de HRR calculée est de 9 MW. A l?issue de la réaction violente, un débit calorifique entre 500 et 1000 kW est enregistré pendant plusieurs dizaines de minutes. En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Les valeurs ainsi calculées sont respectivement 1759 MJ et 2086 MJ selon la méthode choisie, soit environ 12 MJ/kg (en utilisant la perte de masse mesurée (fig. 79)). On rappelle que la chaleur de combustion du bois est de 18 MJ/kg. Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car la combustion du bois, plus lente aura lieu majoritairement aprÚs 10 min. Au total (aprÚs 90 min), ce pouvoir calorifique spécifique est de 13 MJ/kg, en prenant en compte les matiÚres cellulosiques brulées. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Figure 78 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 93 sur 200 La Figure 79 présente enfin la perte de masse au cours de l?essai. La tare de la balance n?a pas été effectuée avant la mise en place de l?échantillon, et le poids initial n?est donc pas exploitable. La perte de masse à la fin de la réaction violente est de 146 kg, ce qui correspond comme lors de l?essai feu à environ 2/3 de la masse des modules. La perte totale de masse mesurée est de 219 kg. La dérivation de cette courbe permet d?obtenir le débit massique qui culmine à 450 g/s 90 sec aprÚs le début de la réaction. La vitesse de combustion surfacique maximale atteint donc 450 g/m²/s et la vitesse moyenne pendant les 9 premiÚres minutes pendant lesquelles les modules réagissent atteint 250 g/m²/s. Figure 79 : Evolution de la masse au cours de l?essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 94 sur 200 9.2.3 Estimation de l?émittance de flamme Le modÚle présenté au paragraphe 7.2.3 est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 2 m de hauteur et de 2 m de diamÚtre au pic de puissance, - un flux radiatif mesuré au niveau du fluxmÚtre situé à 3 m de la flamme de 18 kW/m². L?émittance maximale calculée avec cette méthode est d?environ 180 kW/m². Il est à noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. Une taille de flamme plus petite conduirait à une émittance plus élevée et inversement. 9.3 SynthÚse Le Tableau 6 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 6 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie Les résultats obtenus dans le cadre de cette expérimentation corroborent avec ceux obtenus lors de l?essai de feu englobant (chapitre 8), à savoir des émittances de flammes élevées, une durée d?essai trÚs courte liée à la réaction rapide des modules, des débits calorifiques et températures trÚs élevés. L?ordre de grandeur d?énergie totale libérée est conservé. Date du test Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode CDG/OC) (MJ) Chaleur de combustion (modules seuls) (MJ/kg) Durée de réaction des modules (min) 07/03/2024 6 Pad chauffant sur un module 11 9000 1759/2086 12 9 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Vitesse de combustion moyenne (g/m²/s) Température maximale mesurée par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique (°C) Température moyenne mesurée par la caméra thermique (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) 66 450 250 > 1200 Non mesuré Non mesuré 18 180 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 95 sur 200 10 Influence du sprinklage sur l?incendie Cette sous-partie a pour objectif d?évaluer l?efficacité de l?extinction à eau sur des feux de batteries LMP. Ce moyen d?extinction équipait l?entrepÃŽt de stockage de Grand-Couronne, et a montré une efficacité relativement modérée. Divers documents de la littérature, y compris émis par l?Ineris, questionne l?efficacité que pourrait avoir de l?eau sur un feu impliquant en partie du Li métallique, hydro réactif, conduisant parfois à déconseiller son usage sur des feux de batteries types LMP. Afin d?apporter des éléments de réponse à ces questions, les essais de propagation dans la caisse et de feu englobant autour d?une caisse ont été reproduits en déclenchant le sprinklage en cours de réaction dans l?objectif d?évaluer son effet sur : o Le flux thermique dégagé (HRR et THR), o Les effets de la réaction (projection, ?), o La propagation de l?emballement thermique d?un module isolé, o Les émissions de gaz (traité au chapitre 11). Les protocoles expérimentaux sont identiques à ceux des essais décrits aux paragraphes 8.1 et 9.1. Les seules différences notables sont : - Pour l?essai propagation caisse + sprinklage : o La face avant de la caisse a été retirée pour permettre une meilleure visibilité, o La caméra infrarouge n?a pas été placée derriÚre un écran de protection en revanche les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra, o Des gaines de protections thermiques ont été ajoutées sur les thermocouples et fils de mesure de tension, o Le nombre de thermocouples a été réduit. L?implantation est donnée en Figure 80. Figure 80 : Implantation des thermocouples pour l?essai propagation caisse avec sprinklage - Pour l?essai feu caisse + sprinklage : o La face supérieure de la caisse a été conservée pour permettre d?être représentative par rapport à l?influence que cela pourrait avoir sur le sprinklage. Les modules sont chargés à 100 %. Les photos des montages avant essai sont présentées en Figure 81. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 96 sur 200 Figure 81 : Photos des montages « propagation caisse » et « feu caisse » pour les essais avec sprinklage. Pour ces essais, un systÚme de sprinklage a été mis en oeuvre. En l?absence de données disponibles par ailleurs sur l?extinction à l?eau de ce type d?incendie, les conditions de sprinklage ont été choisies en accord avec Blue Solutions. Les conditions de sprinklage de l?entrepÃŽt1 ont servi de base de réflexion et adaptées dans la mesure où les essais de cette campagne ont lieu sur des caisses isolées et non "protégée" par des racks ou d'autres caisses au-dessus, conduisant à une densité de 7 modules/m². Ainsi, nous avons adapté le débit en divisant par 3 le débit surfacique de référence, soit 30 l/m²/min. 4 têtes ont ainsi été disposées pour couvrir 9 m² de la chambre d'essai conduisant à un débit total dans la chambre d'essai d'environ 300 l/min. Les limites du montage expérimental (pompes, ?) ont conduit à ajuster ce débit à 400 l/min. Aussi, le déclenchement du sprinklage est ici démarré sur la base d?un temps à partir de la premiÚre réaction (1 min 45s et 3 min 10 s) contrairement à l?entrepÃŽt où le déclenchement est fait sur éclatement des têtes. Des représentations schématiques ainsi que des photos de ce systÚme d?extinction sont représentées sur la Figure 82. 1 A titre de comparaison dans l?entrepÃŽt de Grand-Couronne, la protection incendie était composée de têtes de sprinklers k14 (en unité impériale, correspondant à k202 en unité S.I) alimentées par une pression de 5,2 bars, correspondant à un débit surfacique de 102 l/m²/min pour une densité de modules estimée à 20 modules/m². Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 97 sur 200 Figure 82 : Schémas et photo du dispositif d?extinction 10.1 Influence du sprinklage : essai de propagation caisse 10.1.1 .Observations Cet essai a été réalisé le 04/04/2024. Les Figures 83 et 84 présentent des extraits vidéos enregistrés par les caméras classiques et la caméra infrarouge. Cela permet de suivre le déroulé de l?essai. Le pad chauffant est allumé 587 s avant la premiÚre réaction visible d?un module. Hormis la présence de légÚres fumées, aucune évolution n?est visible durant ce laps de temps. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. Le pad chauffant est immédiatement arrêté et la réaction s?intensifie rapidement, conformément au premier essai de ce type réalisé. Environ 1 min 45 s aprÚs les premiers signes de réaction, le sprinklage est déclenché à un débit de 400 l/min. La chambre d?essai se remplit rapidement de vapeur d?eau et empêche une bonne visualisation de la réaction par la caméra. La Caméra IR permet cependant de continuer le suivi. Deux minutes aprÚs le début du sprinklage, la caméra IR permet de visualiser qu?aucun des modules de la caisse du haut n?a réagi. Cette réaction aura finalement lieu 6 min 15 s aprÚs le début du sprinklage et environ 8 min aprÚs les premiers signes de réaction. C?est un gain de plus de 4 min 30 s comparé au premier essai de ce type (le premier module de la caisse du haut avait commencé à réagir à 3 min 30 s aprÚs la réaction du premier module). La caisse du haut finit de réagir environ 13 min aprÚs le début de réaction du premier module et le sprinklage est arrêté 18 min aprÚs son déclenchement (cuves de rétention pleines). A l?issue de l?essai, l?ensemble des modules « réels » ont complÚtement réagi (de maniÚre similaire à l?essai sans extinction) mais certains des casings vides placés sur le cÃŽté gauche des caisses semblent avoir subi un impact thermique limité, ce qui indique un impact positif du sprinklage. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 98 sur 200 Figure 83 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 99 sur 200 Figure 84 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 100 sur 200 10.1.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 85 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le pad chauffant est allumé 9 min 50 s avant que les premiers effets ne soient observables. Alors que le thermocouple placé sur le pad chauffant enregistre 740 °C et que le thermocouple placé à 1 cm du pad (sur le casing du module), censé être plus représentatif de la température interne, atteint 172 °C, la réaction débute (750 s). A cet instant, les autres modules enregistrent une température d?environ 15 °C. DÚs l?amorçage de la réaction, le pad est immédiatement éteint et en quelques secondes, l?ensemble des thermocouples placés sur les modules de la caisse 1 sont saturés (1200 °C). Une centaine de secondes plus tard, les thermocouples de la caisse 2 placés à proximité des modules en réaction sont aussi saturés. DÚs lors, les mesures de températures de la caisse 1 ne sont plus exploitables. Le sprinklage est déclenché à 950 s, 1 min 40 aprÚs le début de réaction, sans que cela n?ait un effet sur la température enregistrée par le TC C2M6, l?un des rares thermocouples de la caisse du haut encore fonctionnels à cet instant. Au moment du déclenchement du sprinklage, toutes les tensions sauf celles du module 4 de la caisse 2 sont nulles, qui s?annulera brutalement 10 s plus tard (perte de la mesure). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 101 sur 200 Figure 85 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 102 sur 200 La Figure 86 présente les températures enregistrées par le thermocouple placé au niveau du dispositif d?extinction (au-dessus des caisses, dans l?air à 6 m de hauteur) et au niveau du bac feu. Le premier permet de constater que le sprinklage est déclenché alors qu?il enregistre une température de 120 °C, compatible avec la valeur seuil d?un systÚme de déclenchement classique. Au moment du déclenchement, une élévation importante et subite de la température est enregistrée. Elle est probablement attribuable au fait que l?arrivée d?eau froide sur la partie basse de la chambre provoque un mouvement des masses d?air chauds vers les parties supérieures. Passée cette élévation brutale, la température refroidit et se stabilise autour de 50°C en une centaine de secondes. Le thermocouple placé sur le bac feu (qui n?est pas allumé lors de cet essai) permet de détecter assez clairement le début de la réaction de la caisse 2. Celle-ci a lieu 650 s aprÚs le début de réaction de la caisse 1 qui a lieu environ 7 min aprÚs le début de réaction (conformément aux observations faites par la caméra IR). Figure 86 : Températures enregistrées par le thermocouple « sprinkler » (positionné à 5 m de haut) et par le thermocouple « bac feu » (positionné à 5 cm du bac feu, sous les caisses de modules) En plus des thermocouples, le pyromÚtre et la caméra thermique permettent de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 87 présente ainsi la température maximale enregistrée par ces deux instruments, en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température atteint en moins d?une minute des valeurs supérieures à 1400 °C. Au déclenchement du sprinklage, la température maximale de la réaction chute rapidement puis se stabilise autour de 500-600 °C. DÚs l?arrêt du sprinklage, la température maximale enregistrée par la caméra thermique remonte à des valeurs proches de 1300 °C (au niveau des résidus en fusion). On notera que le pyromÚtre ne mesure pas cette remontée en température car, suite à l?effondrement des caisses, il pointe la paroi de la chambre d?essais. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 103 sur 200 Figure 87 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas). Les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra. La Figure 88 présente les tensions enregistrées lors de l?essai. La tension du module 2 (module abusé) est logiquement la premiÚre à varier et met environ 1 min à s?annuler. Les tensions des modules 1 et 3 varient dans la minute suivante montrant que ces modules sont rapidement affectés par la réaction de leur voisin. Pour les modules 4, 5 et 6 (caisse du haut), les variations sont ressenties 1 min 30 aprÚs le début de réaction (chutes brutales, remontées, ?). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 104 sur 200 Figure 88 : Enregistrements des tensions lors de l?essai propagation caisse + sprinklage La Figure 89 présente les mesures des fluxmÚtres lors de cet essai. En début de réaction, un pic à 12 kW/m2 est observé, assez conforme à ce qui a été observé lors des essais précédents pour des fluxmÚtres placés de maniÚre similaire. A peine quelques secondes aprÚs l?allumage du sprinklage, cette valeur est, sans surprise, divisée par 5. Il faut noter, que dans ces conditions, cette mesure est affectée par la vapeur et les gouttelettes d?eau formant un écran entre la source et le fluxmÚtre. Le sprinklage est arrêté 18 min aprÚs son allumage et les valeurs de flux radiatifs ne remonteront que trÚs peu (inférieures à 0.5 kW/m2), potentiellement à cause de la fin de l?écrantage des gouttes d?eau. Figure 89 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 105 sur 200 Le débit Calorifique (calculé par OC), présenté en Figure 90, suit la même évolution. Un pic à 9 MW est atteint (identique à l?essai sans sprinklage) et, dÚs que le sprinklage est activé, les valeurs chutent. La chute est cependant moins marquée car ici la mesure n?est pas affectée par l?écrantage des gouttes d?eau ce qui montre que des réactions de combustion ont lieu. Ainsi une minute aprÚs le début du sprinklage, un pic à 6,5 MW est observé correspondant probablement à la réaction du troisiÚme module de la caisse du bas (profil assez similaire à l?essai sans sprinklage (Cf. Figure 78)). Le débit calorifique conserve ensuite une tendance décroissante malgré la présence de quelques pics à 4 MW. 10 min aprÚs le début du sprinklage, le débit calorifique remonte et stagne à 2 MW pendant 1 min. Cela correspond probablement à la réaction de la caisse du haut, qui est semble-t-il globalement moins violente (lors de l?essai sans sprinklage, des valeurs de HRR allant de 4 à 5 MW étaient atteintes lors de la réaction de la caisse du haut). En ce sens, le sprinklage semble bénéfique. Figure 90 : Débit calorifique (calculé par OC) et débit d?eau appliqué lors de l?essai propagation caisse + sprinklage En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Celle-ci est présentée en Figure 91. Seule la courbe OC est analysée, la courbe CDG présentant des dérives liées à l?incertitudes sur les coefficients calorimétriques. Au déclenchement du sprinklage, la valeur de l?énergie dégagée est de 470 MJ. Celle-ci, en prenant comme référence l?essai feu sur module (Figure 56), correspond environ à la réaction de deux à trois modules. Finalement, aprÚs extinction, lorsque la réaction des modules est terminée, 1900 MJ auront été émis, ce qui est trÚs similaire à la valeur obtenue sans sprinklage (1800 MJ). Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car la combustion du bois, plus lente aura lieu majoritairement aprÚs. Au total (aprÚs 90 min), l?énergie totale émise est de 2800 MJ, là aussi trÚs similaire à l?essai sans extinction. Il peut être déduit de ces résultats que l?extinction n?influe pas sur la chaleur totale dégagée par la réaction. Elle influe sur le temps de libération de cette chaleur qui est prolongée. Ces valeurs ne peuvent pas être rapportées à la masse perdue car la perte de masse est totalement faussée par l?aspersion puis l?évaporation d?eau sur le peson. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 106 sur 200 Figure 91 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse + sprinklage 10.1.3 SynthÚse Le Tableau 7 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 7 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie L?émittance maximale n?a pas été calculée car le flux radiatif maximal reçu par le fluxmÚtre est mesuré à un instant où le sprinklage est activé. Ces résultats nous montrent que le sprinklage a influé légÚrement sur la durée totale de réaction des modules (on passe de 9 min à 14 min). Il a également permis de faire chuter les températures autour du foyer. A noter que la température reste élevée et montre que le sprinklage n?a pas contrÃŽlé le feu. Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode OC/CDG) (MJ) Chaleur de combustion (MJ/kg) Durée totale de réaction des modules (min) 6 Pad chauffant sur un module 9.8 min 9000 1924/2300 Non mesuré 14 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique avant le sprinklage (°C) Température moyenne mesurée par la caméra thermique pendant le sprinklage (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Non mesuré Non mesuré > 1200 1400 600 12 Non mesuré Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 107 sur 200 10.2 Influence du sprinklage sur l?incendie : essai feu englobant sur caisse 10.2.1 Observations Cet essai a été réalisé le 16/04/2024. Le feu de la caisse est initié par un feu de propane englobant. Les Figures 92 et 93 présentent des extraits vidéos enregistrés par les caméras classiques et la caméra infrarouge. Cela permet de suivre le déroulé de l?essai. Le feu est allumé 10 min avant la premiÚre réaction visible d?un module. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. La réaction se propage alors au second module (1 min 30 s) puis au troisiÚme module (2 min 20 s), dans un tempo similaire à l?essai feu caisse sans extinction. Le feu est arrêté 2 min 33 s aprÚs que les premiers effets aient été observés, soit quelques secondes aprÚs le début de réaction du 3Úme module. Environ 3 min aprÚs les premiers signes de réaction, le sprinklage est déclenché à un débit de 400 l/min. La chambre d?essai se remplit rapidement de vapeur d?eau et empêche une bonne visualisation de la réaction par la caméra. La caméra IR permet cependant de continuer le suivi. Une minute aprÚs le début du sprinklage, la caméra IR permet de visualiser la réaction du 4eme module. Cette réaction sera la derniÚre et les modules 5, 6 et 7 ne réagiront pas. L?extinction a stoppé la propagation horizontale au sein d?une même caisse. A l?arrêt du sprinklage, 14 min aprÚs son déclenchement, des flammes restent visibles sur la zone impactée (combustion des résidus, du bois ?) mais la réaction est lente. Les modules n?ayant pas réagi ne réagiront pas dans les heures suivant la réaction (destruction des modules 18 h aprÚs essai). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 108 sur 200 Figure 92 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 109 sur 200 Figure 93 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 110 sur 200 10.2.2 Caractéristiques de l?incendie La Figure 94 présente les données enregistrées lors de l?essai. La Figure 95 permet de mieux visualiser les observations faites au moment de la réaction sur les tensions et les thermocouples placés sur les modules. Le feu est allumé 10 min avant que les premiers effets soient observables et est éteint 12 min 40 s aprÚs son allumage. La réaction débute alors que le thermocouple au-dessus du module enregistre 93°C et celui en dessous 154 °C (ayant vu des pointes à 413 °C) (707 s). A cet instant, les autres modules ont une température du dessous (TC2, plus exposés aux variations de la flamme) allant de 280 °C (M7) à 60 °C (M4) et au-dessus (TC1) autour de 100 °C. En quelques secondes, l?ensemble des thermocouples placés sur le module 1 sont saturés (1200 °C). Un peu moins de 2 min plus tard, les thermocouples placés sur le module 2 sont à leur tour saturés (835 s), attestant de la réaction du second module. A 872 s, soit 2 min 45 s aprÚs le début de réaction, le module 3 réagit, indiqué par la saturation des thermocouples positionnés dessus. Le sprinklage est déclenché à 895 s, 3 min 10 aprÚs le début de réaction. Malgré le sprinklage, 4 min 30 aprÚs les premiers signes de réactions et 1 min 20 aprÚs le début du sprinklage (978 s), le module 4 réagit. Les thermocouples placés sur le dessus des modules 5, 6 et 7 ne seront jamais saturés et indiquent une température maximale de 100 °C avant déclenchement de l?extinction et autour de 90°C aprÚs déclenchement de l?extinction (pic trÚs court à 105 °C), confirmant la non-réaction de ces modules. Ces observations sont en accord avec les observations faites en analysant les films de l?essai. Au moment de la réaction, toutes les tensions sauf celle du module 4 sont nulles, car les câbles de mesures ont été détruits par le feu de propane. La tension du module 4 commence à décroitre à 905 s, 10 s aprÚs le début du sprinklage, marquant le début de réaction. Elle s?annule à 960 s quand la réaction s?intensifie, en bonne corrélation avec la perte du thermocouple. Figure 94 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 111 sur 200 Figure 95 : Températures enregistrées par les thermocouples positionnés sous chacun des modules lors de l?essai feu caisse + sprinklage et Tensions enregistrées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 112 sur 200 En plus des thermocouples, le pyromÚtre et la caméra thermique permettent de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 96 présente ainsi la température maximale enregistrée par ces deux instruments, en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température atteint en moins d?une minute des valeurs supérieures à 1400 °C. De maniÚre similaire à l?essai de propagation + sprinklage, au déclenchement du sprinklage, la température maximale de la réaction chute rapidement puis se stabilisent autour de 500-600 °C. DÚs l?arrêt du sprinklage, la température maximale enregistrée par la caméra thermique remonte à des valeurs proches de 900 °C (au niveau des résidus en fusion). Le pyromÚtre ne mesure pas les réactions des premiers modules (il pointe le module 4) et enregistre des valeurs maximales de réaction de ce module, qui a lieu sous extinction, autour de 900 °C. Ces valeurs sont largement inférieures à celles atteintes lors des essais sans extinction. AprÚs réaction du module 4, le pyromÚtre pointe dans le vide et les valeurs ne sont plus représentatives. Figure 96 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 113 sur 200 La Figure 97 propose une extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules. Les numéros des box correspondent aux numéros des modules. De maniÚre générale, la température moyenne sur la face au cours de la réaction est de 1200-1300 C. Cette extraction permet d?estimer les temps de réaction de chaque module, et de visualiser la dynamique de la propagation d?emballement thermique. A partir de l?extinction, les températures ne dépassent pas les 800°C. Sur ces données, la réaction du module 4 est difficilement perceptible. Figure 97 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules La Figure 98 présente les mesures des fluxmÚtres lors de cet essai. En début de réaction, un pic à 13 kW/m2 est observé, assez conforme à ce qui a été observé lors des essais précédents pour des fluxmÚtres placés de maniÚre similaire. A peine quelques secondes aprÚs l?allumage du sprinklage, certains fluxmÚtres enregistrent une nette baisse des flux radiatifs (notamment par l?effet d?écran des gouttelettes d?eaux évoqué sur l?essai précédent) mais deux fluxmÚtres (2 et 5) enregistrent des valeurs croissantes et un pic à plus de 20 kW/m2. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 114 sur 200 Ce comportement est incohérent avec les autres mesures effectuées et il est possible que les fluxmÚtres n?aient pas supporté l?arrosage abondant. Nous préfÚrerons ne pas prendre en compte ces mesures pour la suite des interprétations. Figure 98 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le débit calorifique (calculé par la méthode calorimétrique OC) est présenté en Figure 99. Cette mesure, reposant sur l?analyse des gaz produits de la combustion ne peut pas être biaisée par le sprinklage. Un pic à 5 MW est atteint (identique à l?essai sans sprinklage si l?on retranche les 1.8 MW imputables au feu de propane). Suivant ce pic, deux chutes successives sont observables. La premiÚre d?environ 1,8 MW, imputable à l?arrêt du feu de propane et la seconde d?1 MW au moment du sprinklage. La réaction du module 4 qui a lieu aprÚs l?extinction, provoquera une remontée du HRR à 4 MW, valeur similaire aux essais sans extinction (Figure 68). AprÚs ce pic, les valeurs calculées chutent en quelques minutes et atteignent des valeurs relativement faibles durant le reste de l?essai. En intégrant ces données, il est possible de calculer l?énergie de combustion émise pendant l?essai. Celle-ci est présentée en Figure 99. Au déclenchement du sprinklage, la valeur de l?énergie dégagée par la combustion imputable aux batteries est de 217 MJ (500 MJ ? 283 MJ imputable au feu de propane). Celle-ci, en prenant comme référence l?essai flux radiatif sur module (Figure 56), correspond à la réaction d?un peu plus qu?un module. Au final, aprÚs extinction, lorsque la réaction des modules est terminée, 1100 MJ imputables auront été émis (1342 MJ ? 283 MJ imputable au feu de propane), ce qui correspond à environ 6 modules en prenant la même référence. Cet écart, par rapport aux quatre modules ayant réagi s?explique car la présence des caisses en bois/carton participant à la réaction. Au final, comme dans le cas de l?essai propagation caisse, l?extinction n?influe pas sur l?énergie totale dégagée par la réaction. Elle influe sur le temps de libération de cette énergie qui est prolongée. Les valeurs de chaleur de combustion en MJ/kg ne peuvent pas être évaluées car la mesure de masse est totalement faussée par l?aspersion puis l?évaporation d?eau sur le peson. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 115 sur 200 Figure 99 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 116 sur 200 10.2.3 SynthÚse Le Tableau 8 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 8 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie L?émittance maximale n?a pas été calculée car le flux radiatif maximal reçu par le fluxmÚtre est mesuré à un instant où le sprinklage est activé. Les flammes ne sont alors plus visibles à cet instant. Le sprinklage a permis de réduire l'intensité du feu et ralentir la propagation du feu, la durée totale de réaction des modules ayant passé de 10 min lors du feu sans sprinklage (chapitre 8) à 18 min. Les températures du foyer ont également été atténuées par le sprinklage. Il a de plus permis de stopper la propagation de l?incendie étant donné que dans ce cas, seulement 4 sur 7 modules ont réagi. A noter que la température reste élevée et que le feu n?est pas contrÃŽlé. Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode OC/CDG) (MJ) Chaleur de combustion (MJ/kg) Durée totale de réaction des modules (min) 7 Feu englobant > 100 kW/m² 9.9 5000 1107 Non mesurée 18 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Températures maximale mesurée par la caméra thermique avant le sprinklage(°C) Températures maximale mesurée par la caméra thermique pendant le sprinklage(°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Non mesurée Non mesurée > 1200 >1400 600 18 Non mesurée Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 117 sur 200 10.3 Conclusions sur le sprinklage Le Tableau 9 synthétise les principaux résultats obtenus lors des 5 essais feu. Les températures moyennes pendant le sprinklage sont issues de la caméra thermique qui peut être perturbée par la présence des gouttelettes d?eaux. Tableau 9 : SynthÚse des principaux résultats sur les 5 essais feu. ParamÚtres Unité Feu sur module Feu sur caisse Feu sur caisse avec sprinklage Propagation sur caisse Propagation sur caisse avec sprinklage Chapitre de référence - 6 7 9.2 8 9.1 Date de l'essai - 18/10/2023 22/03/2024 16/04/2024 07/03/2024 04/04/2024 Nombre de modules testés - 1 7 7 6 6 Nombre de modules qui ont réagi - 1 7 4 6 6 Type d'agression - Flux thermique de 10 à 15 kW/m² Feu englobant > 100 kW/m² Feu englobant > 100 kW/m² pad chauffant sur un module pad chauffant sur un module Température d'emballement (ordre de grandeur) °C NM* <200 154 164 172 Durée de l'agression avant emballement du premier module min 15 11 9.9 11 9.8 Débit calorifique maximal kW 2400 5500 5000 9000 9000 Energie totale libérée (modules seuls) méthode OC/CDG) MJ 178/198 1872/2143 1107 1759/2086 1924/2300 Chaleur de combustion MJ/kg NM 10.2 NM 12 NM Perte en masse % NM 66 NM 66 NM Durée totale de réaction des modules min 2.5 10 18 9 14 Vitesse de combustion maximale g/m²/s NM 280 NM 450 NM Vitesse de combustion moyenne g/m²/s NM 185 NM 250 NM Températures maximales mesurées par les TC °C >1200 >1200 >1200 >1200 >1200 Températures maximale mesurée par la caméra thermique °C NM 1615 >1400 NM 1400 Températures moyenne °C NM 1400 NP NM NP Températures moyenne pendant le sprinklage °C NP NP 600 NP 600 Flux radiatif maximal reçu à 3 m kW/m² 11 10 18 18 12 Emittance maximale calculée (ordre de grandeur) kW/m² 170 165-200 NM 180 NM *NM: Non Mesuré Essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 118 sur 200 Les résultats sont trÚs cohérents d?un essai à l?autre. La température d?emballement du premier module est, dans tous les cas, inférieure à 200°C. Les durées d?agression avant emballement sont d?une dizaine de minutes pour les essais sur caisse et de 15 min pour l?essai en virole, le module ne subissant pas directement l?action de l?agression ce qui explique le temps de chauffe supplémentaire. Les débits calorifiques maximaux sont en accord selon le mode d?agression imposé. De l?ordre de 5000 kW pour le feu englobant correspondant à la réaction quasi-simultanée de 2 modules et de 9000 kW pour le pad chauffant correspondant à la réaction simultanée de 3 modules. Le débit calorifique maximal mesuré pour les essais avec feu englobant est plus faible que celui mesuré pour les essais avec pad chauffant car dans le deuxiÚme cas, les modules sont disposés sur 2 niveaux ce qui favorise leur emballement simultané. L?énergie totale libérée est, dans tous les cas, en accord avec le nombre de modules brulés sachant que pour l?essai feu sur caisse avec sprinklage, le refroidissement à l?eau a interrompu la propagation horizontale du feu. Les chaleurs de combustion mesurées dans les cas feu sur caisse et propagation sur caisse sans sprinklage sont en bon accord. Les températures maximales mesurées de l?ordre de 1400-1600 °C mettent en évidence une réaction trÚs violente caractéristique de feux de métaux, éloignées de celles des feux d?hydrocarbures qui culminent entre 1000 et 1200 °C. les émittances évaluées à partir des flux radiatifs maximaux mesurés par les fluxmÚtres mettent en évidence également des flammes trÚs rayonnantes, les émittances étant supérieures encore une fois à celles des flammes de feu de nappe d?hydrocarbures (comprises entre 50 et 100 kW/m² selon l?échelle et la nature de l?hydrocarbure enflammé). De l?essai propagation avec sprinklage sur deux caisses empilées, nous concluons que le sprinklage semble avoir permis de ralentir la propagation entre caisses superposées sans toutefois l?empêcher. Le sprinklage semble aussi avoir un impact positif sur la propagation horizontale au sein d?une même caisse (ce que l?essai suivant confirmera). Cet essai ne permet pas de conclure formellement sur la possibilité de propagation vers une caisse située au-dessous de la caisse en emballement mais les coulées de métal en fusion restant plusieurs dizaines de minutes à plus de 1000 °C laissent penser que le risque de propagation n?est pas à exclure. En termes de violence de la réaction, les calculs de HRR permettent de justifier d?une puissance thermique réduite. En revanche, l?énergie totale dégagée reste identique. De l?essai feu avec sprinklage sur une caisse, nous concluons que le sprinklage a permis d?arrêter la propagation au sein de la caisse. Les valeurs de HRR et d?énergie totale libérée ne semblent en revanche pas être modifiées par rapport à un essai sans extinction. L?extinction à eau, semble donc pouvoir être recommandée sur ce type de feu. Même s?il est clair que cela ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration adaptée (pas plus de deux rangées empilées par exemple), elle peut permettre de ralentir la propagation de l?incendie mais pas forcément de le contrÃŽler. Si elle intervient dans un délai plus long, l?arrêt de la propagation ne peut pas être garanti par les essais réalisés mais elle sera vraisemblablement bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Il y a cependant des contreparties à prendre en compte : la projection de métal en fusion ; la production de gaz toxiques et inflammable (CO, H2, ?). Aussi, une fois la phase intense de l?incendie terminée, il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables (cf. partie 3 : tableau 16, fig. 111 et 112). Il est également recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées (cf. chapitre 11). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 119 sur 200 11 Analyse des effluents gaz, particules et eaux d?extinction 11.1 Méthodes Pour une sélection de 3 essais (flux radiant module, feu caisse et feu caisse + sprinklage), des analyses de gaz et/ou de particules ont été réalisées. Deux types de mesures ont été mises en oeuvre : une analyse en continu par analyse infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR) et analyseurs via un piquage direct dans la gaine de ventilation et un prélÚvement dans un canister (contenant initialement sous vide) à un instant donné pour une analyse complémentaire des composés organiques volatils (COV) et des composés soufrés. Le schéma de principe de cette analyse de gaz et d?aérosols est présenté sur la Figure 100. Des prélÚvements de particules présentes dans les fumées émises ont également été réalisés dans la gaine de ventilation sur filtre et directement sur des grilles en or, adaptées à l?observation par microscopie électronique en transmission (systÚme Mini-Particle Sampler, MPS). Deux types d?analyses ont été réalisées : par impacteur basse pression à détection électrique ELPI+ pour le comptage et la distribution granulométrique des particules en nombre et par Xact 625i Cooper pour l?analyse par rayons X des éléments-traces métalliques dans les particules. Afin d?éviter la survenue de phénomÚnes de condensations et une éventuelle saturation des moyens de prélÚvement ou d?analyse, un diluteur Dekati à double étage de type E-diluter Pro a été déployé en sortie du piquage dans la gaine comme illustré sur la Figure 100 (suivant les essais, le facteur de dilution a été fixé à 25 ou 40) et en amont des moyens de prélÚvement ou d?analyse. Figure 100 : Schéma de principe de l?analyse de gaz/particules Pour les différents essais, les conditions de prélÚvement sont sensiblement différentes et sont récapitulées en Tableau 10. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 120 sur 200 Tableau 10 : Conditions de prélÚvement des gaz Les limites de quantification pour l?analyse des gaz en continu ont été estimées en partant de la limite basse de détection de l?espÚce puis extrapolée en suivant les conditions d?analyses (débit, temps d?échantillonnage, ?). En plus de l?analyse des gaz et aérosols, une analyse des suies à proximité de la source a été mise en oeuvre via le placement de plaques de prélÚvements de vierges, en inox et en eterboard (mélange homogÚne de ciment, de sable et de cellulose), placés dans la chambre avant l?essai (cf. Figure 101) sur 3 types d?emplacements : au sol, sur les murs de la chambre et dans la gaine d?extraction. Les prélÚvements de suie ont été effectués à l?aide de lingettes ensachées imprégnées sur des surfaces définies par des gabarits 10 x 10 cm² (conformément à la note de l?Ineris sur le choix des lingettes de prélÚvements surfaciques2). Seules les suies visibles ont été prélevées, les gros débris présents au sol ont été évacués en renversant délicatement les plaques. Les lingettes ont ensuite été dissoutes par acidification puis l?analyse des métaux a été réalisée en sous-traitance au laboratoire Micropolluants Technologie SA : ? les éléments-traces métalliques par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et le brome par spectrométrie de masse en tandem avec plasma à couplage inductif (ICP-MSMS), ? les éléments S et P par spectrométrie d?émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP-AES), ? les HAP chromatographie en phase liquide haute performance (HPLC) équipés d?un détecteur UV-visible à barrettes de diodes (DAD) et d?un détecteur de fluorescence (FLD), ? les PCDD/F et PCB par chromatographie en phase gazeuse haute résolution (HRGC) couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS). Les résultats sont exprimés en ng par échantillon (i.e. par lingette) et en pg par échantillon en quantité équivalente toxique (TEQ) OMS 20053 dans les rapports d?analyses. A noter que, étant donné les fluctuations de limites de quantification sur la méthode analytique propre aux PCDD/F et PCB, les résultats sont toujours donnés sous la forme d?un intervalle pour ces composés (une valeur minimale supposant l?absence des composés dont la concentration est inférieure à la LQ et une valeur maximale supposant une concentration égale à la LQ). De plus, le prélÚvement par lingette dépend significativement de la composition et des pollutions éventuelles présentes sur le support, ce qui justifie la nécessité de les comparer à des « blancs de surface ». Toutefois, les suies ne sont pas nécessairement réparties de maniÚre homogÚne sur la surface prélevée et le rendement de prélÚvement peut varier significativement en fonction du support et de la substance déposée. Les résultats obtenus sont donc qualitatifs et, bien qu?ils constituent de bons marqueurs de la signature chimique des suies, ils sont à considérer avec prudence. 2 Institut national de l?environnement industriel et des risques, Choix des lingettes à utiliser pour la réalisation de prélÚvements surfaciques lors des accidents industriels, Verneuil-en-Halatte : Ineris 206743 - v1.0, 25/05/2023. 3 Fiche sur les Polychlorodibenzo-p-dioxines et les polychlorodibenzo-p-furanes (PCDD/F), Ineris - 213434 - 2783847 - 0.1 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 121 sur 200 Dans ce but, ils sont comparés entre eux à travers un indicateur numérique calculé comme suit : Indicateur? = log10 ?? ??? où ?? est la concentration du composé ? et ??? est sa limite de quantification Figure 101 : Support de prélÚvement des particules à proximité de l?échantillon Enfin, lors de l?essai d?extinction, des réceptacles vierges ont été positionnés comme indiqués par les cercles rouges sur la Figure 102 afin de collecter les eaux d?extinction souillées par le ruissÚlement sur la caisse incendiée. Figure 102 : Réceptacles de collecte des eaux d?extinction 11.2 Emissions gazeuses 11.2.1 Essai flux radiant sur module Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai flux radiant sur module sont présentés dans le Tableau 11. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 15 min aprÚs le début de la réaction. Le gaz extrêmement majoritaire est le CO2, produit de combustion. Les quantités de CO sont plus de 30 fois inférieures, ce qui atteste d?une combustion bien ventilée. Du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 122 sur 200 En l?absence d?espÚces azotées dans les combustibles et dans les conditions de l?essai où l?oxygÚne est largement disponible et où des températures trÚs élevées sont atteintes, sa formation peut être expliquée par la réaction entre l?oxygÚne et l?azote de l?air dans la flamme selon les équations suivantes impliquant des radicaux (1) et (2) : N2 + O* ? NO + N* (1) N* + O2? NO + O* (2) Du CH4 et du HF sont détectés en quantités relativement faibles et correspondent à des produits de décompositions (notamment du sel de Li fluoré contenu dans l?électrolyte), des matériaux composant le module. Du H2 est détecté en faible quantité et provient probablement de la réaction de Li(m) avec l?eau selon la réaction (3). Compte tenu du feu important, la plupart du dihydrogÚne ainsi formé a dû être brulé. 2 Li(m) + 2 H2O ? 2 LiOH + H2(g) (3) Tableau 11 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai flux radiant sur module. Contribution du bruleur à gaz retranchée Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Méthode CO2 1 14 000 FTIR CO 1 450 FTIR CH4 0,2 6 FTIR H2 0,1 2 Spectro masse HF 1 8 FTIR NO 1 30 FTIR POF3 2 nd FTIR SO2 3 nd FTIR PH3 2 nd FTIR C2H4 1 nd FTIR C2H2 1 nd FTIR CH2O 1 nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 4 nd FTIR HCl 1 nd FTIR HCN 1 nd FTIR HBr 2 nd FTIR C3H4O 1 nd FTIR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 123 sur 200 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 12. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée de quelques secondes, 20 s aprÚs que les premiers effets ont été constatés. Bien que ces analyses soient semi-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 2 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celles présentées pour l?analyse en continu. De cette maniÚre, du SO2 est mesuré, provenant de la décomposition puis oxydation du sel d?électrolyte. Des traces de benzÚne (C6H6) et de propane (C3H8) sont aussi détectés. Tableau 12 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai flux radiant sur module. Le prélÚvement a été réalisé 20 s aprÚs les premiers effets. *Quantité en équivalent toluÚne sauf pour le SO2 Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation de quantité* totale (g) Méthode SO2 10 2700 26 200 3 ATD/GC/MS- FPD C6H6 10 50 485 0,06 ATD/GC/MS- FPD C3H8 10 375 3600 0,44 ATD/GC/MS- FPD H2S 1360 nd - - µGC C3H6O 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD Les Figures 103 à 107 présentent les débits massiques d?une sélection d?espÚces. Sur ces figures, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Conformément à l?analyse de l?essai qui a été faite, le pic d?émission de gaz et donc le pic de la réaction de combustion a lieu environ 18 min aprÚs l?allumage du feu. Deux espÚces se détachent du profil correspondant aux espÚces de combustion, il s?agit de H2 (Figure 106) et HF (Figure 107). L?émission de HF a lieu avec quelques minutes de décalage, elle est maximale à 21 min. L?émission de H2 est, quant à elle, marquée par une longue traine aprÚs son pic, ce qui correspond potentiellement à la réaction des résidus avec l?humidité ambiante Figure 103 : Débit massique CO2 essai de flux radiatif module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 124 sur 200 Figure 104 : Débit massique CO essai de flux radiatif module Figure 105 : Débit massique CH4 essai de flux radiatif module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 125 sur 200 Figure 106 : Débit massique H2 essai de flux radiatif module Figure 107 : Débit massique HF essai de flux radiatif module 11.2.2 Essai feu sur caisse (7 modules) Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai feu sur caisse de module sont présentés dans le Tableau 13. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et, pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 30 min aprÚs le début de la réaction. Le mélange gazeux est assez similaire à celui mesuré lors de l?essai sur module. Les quantités des gaz mesurés sont globalement en accord, moyennant un facteur 7 (correspondant à 7 modules au lieu de 1). Quelques espÚces diffÚrent cependant, à commencer par le CO2 qui est retrouvé en quantité supérieure du fait de la présence de caisse en bois. Le SO2 qui n?avait pas été détecté par l?analyse en ligne est désormais détecté en quantité significative et du HCl est aussi détecté. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 126 sur 200 Tableau 13 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai feu sur caisse Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Facteur d?émission (mg/g) Méthode CO2 2 174 497 943,2 FTIR CO 1 2 007 10,8 FTIR CH4 1 33 0,2 FTIR H2 0.1 42 0,2 Spectro masse HF 1 135 0,7 FTIR NO 2 265 1,4 FTIR POF3 5 nd nd FTIR SO2 6 726 3,9 FTIR PH3 3 nd nd FTIR C2H4 1 nd nd FTIR C2H2 1 nd nd FTIR CH2O 1 nd nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 10 nd nd FTIR HCl 2 79 0,4 FTIR HCN 2 nd nd FTIR HBr 4 nd nd FTIR C3H4O 2 nd nd FTIR Le tableau 14 propose une comparaison de facteurs d?émission pour différents combustibles. Les valeurs des combustibles autres que batteries sont issues de l?étude Ineris « An experimental evaluation of the toxic gas emission in case of vehicle fires »4. En se limitant aux gaz rapportés dans cette étude, les émissions du feu de la caisse de batteries se rapprochent le plus du feu de câbles électriques, avec une quantité relativement faible de CO2 et un rapport CO/CO2 du même ordre de grandeur. Le facteur d?émission du HF est le plus élevé (facteur 7) en comparaison avec le feu de câbles électriques du fait de la présence de Fluor dans les batteries. Les facteurs d?émission des NOx sont supérieurs à ceux du feu de gazole mais inférieurs à ceux des autres combustibles. On notera aussi que certains composés comme le SO2 sont absents de l?étude pour certains combustibles. A noter que ces valeurs ne donnent pas d?information sur l?aspect fumigÚne des fumées. Ces données permettent toutefois, couplées aux caractéristiques de l?incendie, d?estimer les conséquences au travers de la toxicité aigÃŒe. Cette analyse comparative est détaillée au chapitre 11.2. 1 4 An experimental evaluation of toxic gas emissions from vehicle fires, B. Truchot Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 127 sur 200 Tableau 14 : Comparaison des facteurs d'émission de différents combustibles Facteur d?émission [mg/g] Gazole Plastiques Pneus Câble électriques Caisse LMP CO2 2823 2034 1469 728 943 CO 31 20 42 9,1 11 HCl - 2,2 0,2 2,1 0,4 HF - 0,014 0,003 0,11 0,7 NOx 1,2 5 2,8 2,5 1,4 SO2 - - 18 - 3,9 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 15. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée de quelques secondes, 3 min aprÚs que les premiers effets ont été constatés (14 min 30 sec) sur les graphiques de débit massique. Bien que ces analyses soient pseudo-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 9 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celles présentées pour l?analyse en continu. De cette maniÚre, aucun gaz n?est mesuré hormis l?acétone en faible quantité. Plusieurs hypothÚses peuvent expliquer cette quasi-absence d?espÚce : 1. le mélange gazeux a été dilué d?un facteur 50 avant prélÚvement/analyse ; 2. le mélange gazeux n?était pas « riche » au moment du prélÚvement. Si on prend l?exemple du SO2, la Figure 108, montre qu?à ce moment de la réaction, il n?était pas émis (ou en trÚs faible quantité). Tableau 15 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai feu sur caisse. Le prélÚvement a été réalisé 3 min aprÚs le début de la réaction. *Quantité en équivalent toluÚne sauf pour le SO2 Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation de quantité* totale (g) Méthode SO2 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD C6H6 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD C3H8 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD H2S 1360 nd - - µGC C3H6O 10 750 16 700 9 ATD/GC/MS- FPD La Figure 108 présente les concentrations dans la gaine de prélÚvement en fonction du temps d?une sélection d?espÚces. Sur cette figure, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Conformément aux observations faites sur l?essai module, l?émission de HF se fait plutÃŽt en fin de réaction (à partir de 22 min) et l?émission de H2 reste marquée par une traine persistante aprÚs réaction. Aussi le SO2 semble apparaitre systématiquement sur la fin de réaction de chacun des modules de la caisse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 128 sur 200 Figure 108 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse 11.2.3 Influence du sprinklage sur les émissions gazeuses : essai feu + sprinklage sur caisse Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai feu sur caisse de module + sprinklage sont présentés dans le Tableau 16. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et, pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 30 min aprÚs le début de la réaction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 129 sur 200 Les quantités de gaz mesurées lors de l?essai sans sprinklage sont reportées afin de faciliter la comparaison. Ainsi, il apparait que les quantités de CO2 formées sont prÚs de deux fois inférieures, ce qui est en cohérence avec le fait que seulement 4 modules sur 7 ont réagi. La quantité de CO a, quant à elle, doublée malgré la réduction de matiÚre brulée ; cela illustre une réaction de combustion moins bien ventilée. Les gaz inflammables comme H2 et CH4 connaissent, quant à eux, une forte augmentation puisque leur combustion aprÚs formation est moins favorable en présence d?eau. Les espÚces HF, HCl, SO2 sont inférieures à la limite de quantification. Soit leur formation n?a pas eu lieu car les températures étaient inferieures, soit l?action de l?eau empêche leur détection (re condensation, dilution dans l?eau, ?). Enfin, pour la premiÚre fois, PH3 est détectée, assurément portée par la présence d?eau. Tableau 16 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Quantité sans extinction (g) Méthode CO2 2 81 157 174 497 FTIR CO 1 4 489 2007 FTIR CH4 1 90 33 FTIR H2 0,1 424 42 Spectro masse HF 1 nd 135 FTIR NO 2 213 265 FTIR POF3 5 nd nd FTIR SO2 6 nd 726 PH3 3 120 nd FTIR C2H4 1 nd nd FTIR C2H2 1 nd nd FTIR CH2O 1 nd nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 9 nd nd FTIR HCl 2 nd 79 FTIR HCN 2 nd nd FTIR HBr 4 nd nd FTIR C3H4O 2 nd nd FTIR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 130 sur 200 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 17. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée d?environ 1 min, 30 secondes aprÚs que le sprinklage ait été déclenché. Bien que ces analyses soient semi-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 15 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celle présentée pour l?analyse en continu. 9 gaz additionnels sont ainsi détectés, principalement du benzÚne (C6H6), du naphtalÚne (C10H8). La formation du benzÚne est probablement expliquée par une combustion incomplÚte. La présence de naphtalÚne (C10H8) soutient cette hypothÚse. Du SO2 est aussi mesuré en quantité significative. Les autres gaz sont détectés en quantité bien moindre et on notera la présence de thiophÚne (C4H4S), composé organosoufré. Tableau 17 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage. Le prélÚvement est réalisé 30 s aprÚs le début du sprinklage. *Résultats exprimés en équivalent toluÚne, sauf pour le SO2. **Pseudo quantitatif sur 15 min Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation** de quantité* totale (g) (sur 15 min) Méthode SO2 100 4400 97778 88 ATD/GC/MS- FPD C6H6 100 33800 751111 676 ATD/GC/MS- FPD C3H8 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD H2S 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD C3H6O 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD C4H4S 100 130 2889 3 ATD/GC/MS- FPD C8H10 Ethylbenzene 100 250 5556 5 ATD/GC/MS- FPD C8H10 m-xylene 100 270 6000 5 ATD/GC/MS- FPD C8H10 o-xylene 100 110 2444 2 ATD/GC/MS- FPD C8H8 100 400 8889 8 ATD/GC/MS- FPD C8H6O 100 190 4222 4 ATD/GC/MS- FPD C10H8 100 2090 46444 42 ATD/GC/MS- FPD Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 131 sur 200 Les Figures 109 à 112 présentent les concentrations dans la gaine de prélÚvement en fonction du temps d?une sélection d?espÚces. Sur cette figure, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Ces figures permettent de visualiser l?influence du sprinklage sur le mélange gazeux. La Figure 109 présente tout d?abord les quantités d?eau mesurées dans la gaine ainsi que la concentration théorique obtenue seulement comme sous-produit de combustion. Elle permet de bien visualiser le début de l?extinction puisque, dÚs son déclenchement des concentrations mesurées se détachent nettement des concentrations théoriques. L?évolution de la concentration en CO2 est aussi particuliÚrement intéressante à analyser. Dans les premiers instants de la réaction, alors que le sprinklage n?est pas encore activé, les valeurs mesurées atteignent 0,9 % vol dans la gaine, ce qui est trÚs similaire aux résultats obtenus lors du premier essai de ce type (0,8 %vol). DÚs que le sprinklage est déclenché, la valeur de concentration en CO2 chute mais est probablement imputable à la fin de réaction du 3eme module plutÃŽt qu?à l?action de l?eau. Une trentaine de secondes plus tard, les émissions repartent à la hausse, correspondant à la réaction du 4eme module, sans être réellement affectées par le sprinklage en cours. Passées cette réaction, les émissions de CO2 diminuent jusqu?à atteindre une valeur résiduelle d?environ 0,5 % correspondant à la combustion des résidus. Figure 109 : Concentration volumique en H2O théorique et mesurée dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 132 sur 200 Figure 110 : Concentration volumique en CO2 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage L?extinction se fait nettement plus ressentir sur les gaz minoritaires. En effet, comme présentée en Figure 111, dÚs les premiers instants de l?extinction, la combustion est moins bien ventilée et l?émission de CO est multipliée par plus de 10. Les concentrations en H2 et CH4 bondissent également (x 20) portées, soit par une plus grande production issue d?une réaction d?un composé avec l?eau, soit moins consommées aprÚs sa production par la réaction de combustion. Les émissions de NO sont, elles, peu affectées par l?aspersion d?eau. Enfin, la Figure 112 présente la concentration en phosphine mesurée dans la gaine. Bien que le signal soit trÚs bruité, une premiÚre émission est visible au moment du déclenchement de l?extinction et une seconde phase d?émission est plus clairement visible à la fin de la phase violente de réaction. La concentration reste limitée à environ 4 ppm mais la forme de la courbe, débutant à la fin de la réaction violente et commençant sa décroissance au moment de l?arrêt de l?extinction suggÚre que le PH3 est le produit de la réaction d?un composé formé pendant la réaction et de l?eau. Une étude plus approfondie afin d?expliquer la formation de phosphine est proposée dans la partie « Etude des résidus d?essais ». Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 133 sur 200 Figure 111 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 134 sur 200 Figure 112 : Concentration volumique en PH3 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage En conclusion, le sprinklage modifie sensiblement le mélange gazeux émis ; même s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF) tandis que de la phosphine (PH3), du benzÚne (C6H6) et de nombreux hydrocarbures ont été détectés dans ces conditions. 11.3 Emissions particulaires Afin de faciliter l?interprétation des résultats d?analyse de particules, les émissions particulaires présentes dans les fumées, susceptibles d?être entrainées sur de longues distances avant de resédimenter sont traités en 10.3.1. Elles seront distinguées des particules, généralement plus grosses projetées à proximité de l?échantillon et généralement associées à une source potentielle de pollution des sols ou des eaux. Ces particules sont traitées en 10.3.2. 11.3.1 Particules dans les fumées 11.3.1.1 Essai flux radiant sur module L?analyse ELPI+ permet de mesurer le diamÚtre médian (GMD) des particules aspirées dans la conduite ainsi que le flux de particules. La Figure 113 permet ainsi de constater que la majeure partie de l?émission d?aérosol est trÚs courte et dure environ 2min30, coïncidant avec le temps de réaction du module. Sur cette période, le diamÚtre « médian » (GMD = Exp[? ni × ln(Di)/N]) augmente nettement par rapport à la phase d?allumage et atteint 189±24 nm. Le flux de particules lors du pic d?émission est d?environ 6.1014 particules/s. Afin d?estimer un ordre de grandeur en masse, nous pouvons proposer de prendre une hypothÚse forte et approximer que l?ensemble des particules sont des sphÚres de 200 nm de diamÚtre avec la masse volumique entre celle de l?aluminium et du lithium (espÚces métalliques les plus représentés sur l?analyse du filtre). Cela mÚne à un flux massique particulaire de 4 g/s. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 135 sur 200 Figure 113 : DiamÚtre médian et flux de particule mesuré par ELPI + (facteurs de dilution du diluteur et de la gaine pris en compte) L?ELPI + permet également de remonter à une distribution granulométrique des particules, présentées en Figure 114. Afin de distinguer les émissions sur l?ensemble de la durée de prélÚvement et celles au moment de la réaction, deux distributions ont été représentées : en bleu, la distribution sur le temps de prélÚvement sur filtre et, en orange, la distribution spécifique au pic d?émission. Au moment de la réaction, la population la plus représentée à un diamÚtre d?environ 129 nm et certaines particules ont un diamÚtre dépassant légÚrement le micron. Figure 114 : Distribution granulométrique des particules lors de l?essai flux radiant sur module mesuré par ELPI + Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 136 sur 200 Les analyses MET des particules prélevées par MPS (Mini Particle Sampler) et présentées sur la Figure 115 et la Figure 116 sont en accord avec les tailles de particules mesurées par ELPI+ (même si le diamÚtre aérodynamique (mesuré par un impacteur) est différent du diamÚtre optique (mesuré par MET) et sont donc difficilement comparables). L?analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d?énergie (EDX) des amas sombres de plusieurs microns montre qu?ils sont composés majoritairement de phosphore et d?oxygÚne. Les particules claires sont probablement des résidus organiques, allant de quelques nm à quelques microns. Des particules métalliques isolées (Al, Fe) de l?ordre du micron ont également été trouvées sur la grille. On notera que le Li n?est pas mesurable par EDX (d?où son absence notoire) et que les ronds au motifs réguliers de diamÚtre 1 µm sont les trous de la grille de prélÚvement. Figure 115 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 20 et 40 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module Figure 116 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 40 et 50 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 137 sur 200 Pour compléter ces analyses, un analyseur par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) dans les aérosols a été connecté au diluteur (×25) des émissions collectées dans la gaine d?extraction des fumées. Sa résolution temporelle minimale est de 5 min, trÚs longue compte-tenu de la durée du pic d?émission. Il est calibré pour les éléments suivants : Al, As, Ba, Br, Ca, Cd, Cl, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, K, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Sb, Se, Sn, Sr, Ti, V, Zn et W. Les résultats de cette analyse sont présentés en Figure 117. Les éléments Br, Ca, Cr, Cs, Fe, Mo, Ni, V et Zn sont nettement supérieurs à la limite de détection (pointillés noirs visibles pour le graphique de la concentration en Ca par exemple). Seules les émissions de Br, Ca, Fe, Ni et Zn correspondent temporellement au pic d?émissions d?aérosols. Les autres pics pourraient provenir d?un relargage propre à la chambre d?essai et à la chaine de prélÚvement dans la gaine d?extraction. Le Fe reste l?espÚce trÚs majoritairement détectée (provenant probablement de la cathode) et la provenance des autres espÚces (Br, Ca, Ni et Zn) détectées dans une moindre mesure reste à établir (retardateurs de flammes bromés, etc.). L?absence d?émissions As, Cd et Pb (métaux réglementés dans l?air ambiant) est à noter. Pour As et Pb, les résultats sont bien en accord avec les prélÚvements réalisés sur filtre (présentés dans le Tableau 18, le Cd n?a pas été analysé sur filtre). On notera que l?absence de détection de l?aluminium peut être expliquée par une limite de détection trÚs élevée de l?Xact 625i et que le lithium n?est pas détecté par fluorescence X. Figure 117 : Analyse par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) lors de l?essai de flux radiant sur module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 138 sur 200 Les résultats d?analyse élémentaire5 du prélÚvement dans la gaine d?extraction des fumées, sur un filtre quartz est présenté dans le tableau 18. Ce prélÚvement a été réalisé sur 22 min et inclut donc une partie des émissions du bruleur. Les concentrations ont été corrigées du facteur de dilution de 25. Le filtre présente un enrichissement marqué en lithium et en phosphore ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre et en fluor. En supposant que l?émission de Li et P n?ait lieu qu?au moment de la réaction (soit 2 min 30) durant le pic d?émission, le prélÚvement du pic a été lissé d?un facteur 9 compte tenu de la durée de l?échantillonnage intégratif. Les concentrations lors du pic peuvent donc être estimées à environ 217 mg/m3 pour Li et 86 mg/m3 pour P. Une approximation de la quantité totale émise lors du pic peut être obtenue en multipliant ces concentrations par les 1 500 m3 d?air qui ont été aspirés dans la gaine d?extraction durant ces 2 min 30. On obtient ainsi 320 g de Li et 130 g de P. Le soufre semble détecté en quantité relativement élevée mais la mesure réalisée sur le blanc ne permet pas de proposer une pseudo quantification. Aussi, le blanc est trop chargé en fer et en aluminium pour que leur mesure sur l?essai soit représentative. Pour pallier ce problÚme, les prélÚvements sur filtre ont été réalisés sur des supports en PTFE dans les essais suivants (à l?exception du fluor, prélevé nécessairement sur quartz). A noter que l?absence d?arsenic et de plomb dans le prélÚvement sur filtre est en accord avec les mesures précédentes. Tableau 18 : Analyses élémentaires des prélÚvements sur filtre quartz lors de l?essai flux radiant module 11.3.1.2 Essai feu caisse La Figure 118 présente les résultats des mesures réalisées avec l?ELPI+ lors de l?essai feu sur une caisse de 7 modules. Le flux de particules suit le même profil que les pertes massiques ou que le HRR mesuré lors de cet essai et présenté ultérieurement. Il est possible d?y suivre la réaction des 7 modules et certains pics correspondent à la réaction de deux modules en simultané. Ainsi, le flux de particules connait des maximums locaux autour de 6.1014 particules/s, identiques à ce qui a été mesuré sur module seul et certains pics dépassent cette valeur atteignant plus de 9.1014 particules/s. Comme déjà identifiée sur les paramÚtres de combustion, la majeure partie de l?émission d?aérosol dure environ 11 min 30 sec. Sur cette période, le diamÚtre « médian » (GMD = Exp[? ni × ln(Di)/N]) augmente également par rapport à la phase d?allumage mais n?atteint que 81±5 nm, soit 100 nm environ de moins que lors de l?essai sur du module seul. 5 L?analyse ne donne pas de précision sur l?état du métal (oxidé ou autre) dans les aérosols. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 139 sur 200 / Figure 118 : DiamÚtre médian et flux de particules mesuré par ELPI + lors de l?essai feu caisse L?ELPI + permet également de remonter à une distribution granulométrique des particules, présentée en Figure 119. Afin de distinguer les émissions sur l?ensemble de la durée de prélÚvement et celle au moment de la réaction, deux distributions ont été représentées : en bleu, la distribution sur le temps de prélÚvement sur filtre et, en orange, la distribution spécifique au pic d?émission. Au moment de la réaction, la population la plus représentée a un diamÚtre d?environ 41 nm et quasiment aucune particule n'a un diamÚtre dépassant le micron. Les particules dans les fumées émises lors de cet essai sont donc plus petites que celles observées sur l?essai module seul. Cela peut provenir de la dilution plus importante dans la chaine de prélÚvement (environ un facteur 4 compte tenu de la ventilation et du diluteur) ou d?une combustion plus intense fournissant moins d?aérosols organiques, et donc une fraction d?aérosols minéraux plus importante. Figure 119 : Distribution granulométrique des particules mesurées par ELPI+ lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 140 sur 200 Les analyses MET des particules prélevées par MPS sont présentées en Figure 120. Une partie de ces particules ont une forme sphérique d?environ 0,5 µm. Une population de particules de forme allongée est aussi observée. Une analyse EDX globale a été réalisée mais les particules se dégradent sous l?intensité du faisceau. Le carbone et l?oxygÚne sont caractérisés par EDX. L?ensemble de ces éléments permet d?attribuer une origine organique à ces particules. On notera que lors de cet essai, les prélÚvements MPS étaient trop chargés pour une analyse EDX approfondie. A noter que cette analyse est qualitative : elle n?est pas représentative de la densité moyenne des aérosols émis lors de l?essai, ce qui peut aussi expliquer les différences entre la taille observée par MET et celle mesurée par ELPI+. Enfin comme déjà évoqué, le diamÚtre aérodynamique (mesuré par ELPI) est différent du diamÚtre optique (mesuré par MET), ils sont donc difficilement comparables. Figure 120 : Observation MET des prélÚvements effectués lors de l?essai feu caisse. PrélÚvement effectué en 10 s, 3 min aprÚs le début de réaction. Les résultats d?analyse élémentaire du prélÚvement dans la gaine d?extraction des fumées, sur un filtre quartz est présenté dans le tableau 19. Ce prélÚvement a été réalisé sur 25 min et inclut donc une partie des émissions du bruleur. Les concentrations ont été corrigées du facteur de dilution de 50. Pour rappel, suite au retour d?expérience de l?essai sur module seul, les éléments ont été prélevés sur un filtre PTFE pour diminuer les valeurs de blanc de support (sauf pour le fluor, toujours prélevé sur un filtre quartz). Les filtres présentent un enrichissement marqué en lithium, en phosphore et en fluor ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre, fer et aluminium. En supposant que l?émission de Li et P n?ait lieu qu?au moment de la réaction (soit 11 min 30) durant le pic d?émission, le prélÚvement a été lissé d?un facteur 2,16. Les concentrations estimées sont donc d?environ 136 mg/m3 pour Li et 107 mg/m3 pour P. Une approximation de la quantité totale peut être obtenue en multipliant ces concentrations par les 15 300 m3 d?air qui ont été aspirés durant ces 11 min 30. On obtient ainsi 2 kg de Li et 1.6 kg de P soit 286 g de Li et 229 g de P par module, ce qui est cohérent, en ordre de grandeur, avec l?essai sur module seul (respectivement 316 et 125 g) et conforte une émission à la chaine des modules comme observé sur l?évolution temporelle en nombre de particules. Le soufre est détecté en quantité relativement élevée et se détache cette fois plus clairement du blanc. Une semi-quantification donne un flux estimé de 26 mg/m3, une masse totale de 400 g soit environ 60 g par module. Contrairement au 23/11/23, la mesure du fer et de l?aluminium est nettement supérieure au niveau du blanc de support et est bien représentative de l?essai. L?absence de plomb est confirmée et l?analyse de l?arsenic n?a pas été réitérée. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 141 sur 200 Tableau 19 : Analyse élémentaire des prélÚvements sur filtre PTFE et quartz lors de l?essai feu caisse 11.3.2 Suies projetées à proximité de l?échantillon (gaine d?extraction, parois et sol) 11.3.2.1 Essai flux radiant module Comme décrit dans la partie méthode, des supports de prélÚvements ont été disposés en divers points de la chambre afin de déterminer de maniÚre qualitative les meilleurs traceurs des émissions. Les résultats des analyses élémentaire de ces prélÚvements sont présentés en Figure 121. Il ressort que les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et enfin, les prélÚvements sur les parois. Les meilleurs traceurs des émissions sont, de loin, le lithium et le fluor. Du cobalt, de nickel et enfin, du manganÚse, sont détectés en quantités significatives sans que l?on puisse expliquer leur présence autrement que par la contamination préexistante de la chambre. Le phosphore, le fer et l?aluminium sont aussi clairement détectés, provenant des matériaux constituant des modules. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 142 sur 200 Figure 121 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai flux radiant module En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 122 et 123 pour les PCDD/F et les PCB et sur le Tableau 20 pour les HAP. Figure 122 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai flux radiatif module. Pour les PCDD/F et PCB, les teneurs sur les parois et sur la partie canalisée sont, en moyenne, légÚrement supérieures à celles des blancs de surface. L?analyse des PCDD/F n?est pas valide sur les supports eterboard pour cause de blancs de surface trÚs élevés. Le détail de traceurs PCDD/F et PCB analysés est donné en Figure 123. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement le PCB 157 et, dans une moindre mesure, les PCB 126 et 169. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 143 sur 200 Pour les PCDD/F, les traceurs seraient 2,3,4,6,7,8 HxCDF et 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,4,7,8,9 HpCDF et 1,2,3,7,8,9 HxCDF. Les furanes sortent en moyenne nettement du fond sur les parois et dans la gaine d?extraction tandis que les dioxines ne se détachent nettement du fond que sur les parois. Figure 123 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai flux radiant module Enfin, une analyse des HAP a été réalisée sur les mêmes prélÚvements. Les résultats sont récapitulés dans le Tableau 20 . Aucun HAP n?a dépassé les limites de quantification, ce qui pourrait s?expliquer avec les hautes températures de flammes observées. Tableau 20 : Analyse des HAP lors de l?essai flux radiant module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 144 sur 200 11.3.2.2 Feu caisse Comme lors de l?essai sur module isolé, l?analyse des métaux présentée en Figure 124 révÚle que, en moyenne, les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et enfin, les prélÚvements sur les parois. Néanmoins, les teneurs semblent moins marquées que lors de l?essai sur module isolé. Le meilleur traceur de ces émissions est, de loin, le lithium, puis viennent le fer, l?aluminium, le fluor, le phosphore et le cuivre. Dans une moindre mesure, le nickel, le manganÚse, le cobalt et le plomb sont détectés et attribués à une contamination préalable de la chambre. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Figure 124 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 125 et 126 pour les PCDD/F et les PCB et sur le tableau 21 pour les HAP. Pour les PCDD/F et les PCB, les prélÚvements au sol donnent des teneurs assez faibles contrairement aux résultats obtenus pour les métaux. En moyenne, les teneurs sur les parois et la partie canalisée sont supérieures au blanc de surface. Ce contraste est plus significatif que lors de l?essai sur module seul. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 145 sur 200 Figure 125 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai feu caisse. Le détail des traceurs analysés est donné en Figure 126. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement les PCB 126, 114, 167 et 123. Le PCB 156 pourrait également être un bon traceur mais il est difficile de conclure compte tenu d?une teneur élevée sur le blanc de surface. Le PCB 157 est nettement moins présent que lors de l?essai du 23/11/2023. Pour les PCDD/F, les traceurs seraient principalement 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,7,8,9 HxCDD et 2,3,4,7,8 PeCDF et 2,3,7,8 TCDF. En moyenne, les furanes sont plus représentés que les dioxines. Les traceurs communs avec l?essai précédent sont les PCB 126 et le 1,2,3,4,7,8 HxCDF. Figure 126 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse Les résultats de l?analyse des HAP réalisée sont récapitulés dans le tableau 21 et, comme pour l?essai sur module seul, aucun HAP n?est quantifié. Encore une fois, cela pourrait s?expliquer avec les hautes températures de flammes observées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 146 sur 200 Tableau 21 : Analyse des HAP lors de l?essai feu caisse 11.3.2.3 Feu caisse + sprinklage Comme lors des essais précédents, l?analyse des métaux présentée en Figure 127 révÚle que, en moyenne, les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et les prélÚvements sur les parois de contribution similaire. Les teneurs sont nettement plus marquées que pour les deux essais précédents. Les meilleurs traceurs des émissions sont le fer, l?aluminium et le lithium. Le lithium se démarque moins des blancs de surface dans cet essai probablement à cause d?un nettoyage insuffisant des plaques de prélÚvement. Le fluor, le phosphore et le cuivre sont également d?excellents traceurs. Le nickel, le manganÚse et, dans une moindre mesure le plomb et le cobalt sont détectés mais sont associés à une pollution de la chambre. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 147 sur 200 Figure 127 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse + sprinklage En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 128 et 129 pour les PCDD/F et les PCB et sur le Tableau 23 pour les HAP. Pour les PCDD/F et les PCB, les prélÚvements au sol donnent des teneurs assez faibles contrairement aux résultats obtenus pour les métaux. Pour les PCB, en moyenne, les teneurs sur les parois et la partie canalisée sont supérieures au blanc de surface Figure 128 : Analyse des PCB et PCDD/F lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le détail des traceurs PCB et PCDDD/F est donné en Figure 129. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement le PCB 126, 169, 157 et 156 ; les PCB 81 et 114, également, mais ces 2 PCB n?ont été détectés que dans la partie canalisée, et non sur les parois. Pour les PCDD/F, les traceurs seraient principalement 1,2,3,7,8,9 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,7,8 PeCDD et 2,3,7,8 TCDF et 1,2,3,7,8 PeCDF. En moyenne, les furanes sont plus représentés que les dioxines. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 148 sur 200 Figure 129 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le tableau 22 propose une comparaison des traceurs PCB et PCDD/F identifiés lors des trois essais. Les traceurs communs avec l?essai précédent sont : - les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169, - le 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, le 2,3,7,8 TCDF. Les traceurs communs avec le 1er essai sont : - les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169, - le 1,2,3,7,8,9 HxCDF et, dans une moindre mesure, le 2,3,7,8 TCDF. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 149 sur 200 Tableau 22 : Comparaison des traceurs sur les 3 essais. Les résultats de l?analyse des HAP réalisée sont récapitulés dans le tableau 23 et, comme pour l?essai sans extinction, aucun HAP n?est quantifié, bien que les températures observées par caméra IR soient inférieures lors du sprinklage. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 150 sur 200 Tableau 23 : Analyse des HAP lors de l?essai feu caisse + sprinklage 11.4 Analyse des eaux d?extinction Si l?extinction à l?eau a permis de ralentir, voire de stopper la propagation de la réaction, les eaux utilisées peuvent être contaminées en divers polluants. Sans que cette analyse soit le but premier des essais faisant l?objet de ce rapport, une rapide étude qualitative de la contamination des eaux d?extinction est proposée. Les méthodes de prélÚvement sont décrites précédemment dans la partie méthode. Les résultats de l?analyse élémentaire présentés dans le tableau 24 permettent de constater que les eaux d?extinction sont trÚs fortement enrichies en Li, Al, Fe, P et F. Le principal marqueur reste, le Li. On note un enrichissement beaucoup plus faible en d?autres espÚces tels que S, Cu, Ni, Mn, et Co. Cet écart s?explique pour le S et le Cu par la faible quantité de ces espÚces présentes dans les matériaux des batteries et pour Ni, Mn, Co, par une pollution de la chambre d?essai suite à de précédents essais sur batteries Li-ion NMC. Canalisé inox Sol inox Blanc de surface inox Composés Naphtalene < 10 < 10 < 10 Acenaphtene < 10 < 10 < 10 Fluorene < 10 < 10 < 10 Phenanthrene < 10 < 10 < 10 Anthracene < 10 < 10 < 10 Fluoranthene < 10 < 10 < 10 Pyrene < 10 < 10 < 10 Benzo(a)anthracene < 10 < 10 < 10 Chrysene < 10 < 10 < 10 Benzo(e)pyrene < 10 < 10 < 10 Benzo(j)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(b)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(k)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(a)pyrene < 10 < 10 < 10 Dibenzo(ah)anthracene < 10 < 10 < 10 Benzo(ghi)perylene < 10 < 10 < 10 Indeno(123cd)pyrene < 10 < 10 < 10 Acenaphtylene < 10 < 10 < 10 ng/échantillon Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 151 sur 200 Tableau 24 : Analyse élémentaire des eaux d?extinction Les résultats de l?analyse des espÚces organiques de type PCB et PCDD/F présentées en Figure 130 ne montrent aucune différence significative entre l?eau de référence utilisée en sprinklage (blanc) et les eaux d?extinction sur les PCDD/F et PCB. Figure 130 : Analyse des PCDD/F and PCB dans les eaux d?extinction Enfin, le tableau 25 présente les résultats d?analyse en HAP. Contrairement aux résultats des analyses de suies présentés précédemment, des quantités significatives de HAP sont mesurées dans les eaux d?extinction. Elles sont nettement plus élevées que les valeurs de fond moyennes proposées dans le rapport « Valeurs de fond en situation post-accidentelle pour les milieux sol, eau et air » référencé Ineris ? 203892 ? 2714224 ? v2.0. Les méthodes de prélÚvement proposées sur cet essai rendent toutefois une interprétation quantitative difficile mais ces espÚces devront être surveillées en situation post-accidentelle ou lors d?essais visant à analyser précisément la contamination des eaux d?extinction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 152 sur 200 Tableau 25 : Analyse des HAP dans les eaux d?extinction Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 153 sur 200 12 Discussion 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion Afin de mettre en perspective les grandeurs mesurées dans cette étude, nous proposons de comparer certaines valeurs caractéristiques comme le débit calorifique ou la chaleur totale libérée aux valeurs classiquement obtenues pour la technologie de batterie Li-ion. Pour commencer, la chaleur totale libérée lors de l?emballement thermique (chaleur de combustion par abus de langage) est un bon indicateur pour comparer différentes technologies car elle dépend principalement des matériaux constituant la batterie et peu du mode de réaction. Ainsi les valeurs mesurées pour les batteries LMP testées dans cette étude sont de 200 à 300 MJ par module soit 28 kJ/Wh à 43 kJ/Wh. Il faut noter que cette valeur est obtenue pour un module mais qui dans le cas de l?architecture choisie par Blue Solutions pourrait tout aussi bien être considérée comme une seule cellule de 7 kWh du fait de l?absence de contenant isolant chacun des EC (cf. définition IEC6). En comparaison, l?énergie de combustion mesurée à l?Ineris sur des pouch cell NMC de 330 Wh7, assez réactives, est de 18 kJ/Wh. De maniÚre plus générale, sur l?ensemble des essais réalisés à l?Ineris dans des conditions de mesures trÚs similaires à celles de la présente étude, la valeur moyenne du débit calorifique observé sur des cellules NMC est de 20 kJ/Wh. D?autres valeurs sont disponibles dans la littérature et regroupées par Rappsilber et al. sur la Figure 1308. Ces valeurs concernent des cellules de différentes chimies et géométrie et ont été obtenues lors d?essais calorimétriques consistant à bruler entiÚrement la cellule, et à mesurer l?intégralité de la chaleur émise, ce qui est majorant en comparaison avec les essais de la présente campagne. En conclusion, l?énergie de combustion spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure en comparaison avec ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris sur des cellules NMC. Un autre paramÚtre critique pour les effets thermiques est le débit calorifique (HRR en anglais). Dans cette étude, des valeurs de l?ordre de 500 W/Wh ont été mesurées pour la combustion d?un module. En comparaison, les valeurs obtenues à l?Ineris sur des pouch cells NMC de 330 Wh sont de 760 W/Wh. De maniÚre plus générale, sur l?ensemble des essais réalisés à l?Ineris dans des conditions de mesures trÚs similaires à celles de la présente étude, la valeur moyenne du débit calorifique observé sur des cellules NMC est généralement comprise entre 450 et 650 W/Wh. D?autres valeurs sont disponibles dans la littérature et regroupées par Rappsilber et al. sur la Figure 131. Ces valeurs concernent des cellules de différentes chimies et géométries et ont été obtenues dans des conditions légÚrement différentes. Les valeurs semblent toutefois en adéquation avec ce qui a pu être mesuré dans cette campagne. 6 Définition du mot CELL selon l?IEC (Area 482 ?Primary and secondary cells and batteries?, IEV 482-01-01 ?Cell?): basic functional unit, consisting of an assembly of electrodes, electrolyte, container, terminals and usually separators, that is a source of electric energy obtained by direct conversion of chemical energy. https://electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=482-01-01 7 Projet SafeLiBatt. Rapport en cours de publication. 8 Rappsilber T, Yusfi N, KrÃŒger S, Hahn S-K, Fellinger T-P, Krug von Nidda J, et al. Meta-analysis of heat release and smoke gas emission during thermal runaway of lithium-ion batteries. Journal of Energy Storage. 2023;60:106579 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 154 sur 200 Figure 131 : Débit calorifique libéré par type de cellule et format AprÚs avoir rapporté et comparé les valeurs de débit calorifique à des cellules et montré qu?il n?y a pas de différence fondamentale entre les deux technologies (Li-ion et LMP), il faut s?intéresser à une comparaison à l?échelle du module. C?est à cette échelle que les choix d?ingénierie se font particuliÚrement ressentir, notamment via la maîtrise du phénomÚne de propagation entre éléments unitaires (cellules). Dans cette étude, des valeurs de l?ordre de 500 W/Wh ont été mesurées pour la combustion d?un module, qui est en fait la brique unitaire pour la technologie LMP de Blue Solutions. L?expérience de l?Ineris sur des modules automobiles donne généralement des valeurs avoisinant 100 W/Wh tandis que la littérature9 donne des valeurs proches de 250 W/Wh. On remarque que pour le Li-ion, ces valeurs sont inférieures à celles mesurées à l?échelle cellule puisque la propagation entre cellule se fait plus lentement que la propagation de la réaction en interne d?une cellule. A cette échelle, un net écart se creuse donc en défaveur des modules LMP Blue Solutions, non pourvus de séparation physique entre les éléments du module (7 kWh) qui permettrait de ralentir la propagation et limiter la quantité de matériaux réagissant simultanément. Si l?on prend en compte maintenant les conditions de stockage, un article récent de la littérature10 modélise un feu de caisse en entrepÃŽt avec une valeur de HRR autour de 2 MW. Dans cette campagne d?essais un feu d?une caisse de modules LMP a conduit à des pics de HRR entre 5 et 9 MW. Outre la chaleur de combustion et le débit calorifique, d?autres caractéristiques de la réactivité de ces batteries ont été observées lors de cette campagne d?essais et sont cruciales en termes d?évaluation des risques. Certaines se différencient nettement de ce qui peut être observé sur des batteries Li-ion dont notamment : 9 S. Kang et al., Full-scale fire testing of battery electric vehicles, Applied Energy 332 (2023) 120497 10 Y. Cui et al. , Numerical study on the fire and its propagation of large capacity lithium-ion batteries under storage, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (2023) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 155 sur 200 - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module n?entre en réaction violente. La réaction est quasi instantanée et trÚs violente ; - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; - Des températures trÚs élevées sont observées (1615 °C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement et donc la propagation peut affecter la tenue des structures métalliques ou bêton ; - Des coulées de métal/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol ; - Le mélange gazeux observé n?est pas inflammable contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Li-ion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réactions fumigÚnes sans feu violent parait impossible. En revanche, l?extinction à l?eau peut éventuellement générer des gaz inflammables et/ou pyrophoriques ; - Les résidus de combustion restent réactifs, émetteurs de gaz toxique/inflammables/pyrophorique au contact de l?eau et sujet à la ré-inflammation. Ceci peut compliquer le traitement post-accidentel. 12.2 Scénario d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP 12.2.1 Comparaison avec un feu de caisse « standard » (1510) et d?un feu de batteries Li-ion tel que discuté pour Flumilog La Figure 132 compare le débit calorifique associé à l?incendie d?une palette 1510 à celui d?une caisse composée de 7 modules LMP issu de l?essai réalisé le 22/03/2024 (Chapitre 8). Il s?agit de l?essai le plus représentatif d?un feu de caisse de modules LMP prise dans un incendie. Le débit calorifique de la palette 1510 est issu des travaux Flumilog11. Elle concerne une palette standard de volume 1,44 m3 (L x l x h = 1,2 x 0,8 x 1,5 m3) alors que le volume de la caisse est seulement de 400 L. On rappelle que le SOC des modules utilisés pour les essais était de 100 %, tel que déclaré par Blue Solutions. Pour les modélisations présentées en figure 132.133 et 134, servant à comparer les feux d?un « entrepÃŽt type » rempli de différents types de palettes (1510 classique, batteries Li-ion NMC, batteries LMP), l?outil Flumilog a été utilisé et plusieurs hypothÚses sont prises, résultant à des résultats « enveloppes » ou majorants, utiles pour la réglementation. La principale hypothÚse réside dans une cinétique de propagation particuliÚrement rapide, dans l?objectif d?avoir la masse la plus importante possible impliquée dans l?incendie. En effet, en cas de cinétique trop lente, les premiÚres palettes seraient éteintes à l?inflammation des derniÚres, conduisant à une moindre puissance de l?incendie et donc, par suite, à une minoration des flux calculés. L?énergie rayonnée étant directement proportionnelle à la puissance instantanée, maximiser la puissance permet d?évaluer les flux thermiques enveloppes. De plus, les effets des différents systÚmes de lutte contre l?incendie, systÚme d?extinction automatique et intervention des services internes ou externes de secours, ne sont pas pris en compte dans les hypothÚses de modélisation. En conséquence, cette hypothÚse est raisonnablement pénalisante par rapport à la cinétique de propagation en situation réelle. Une autre hypothÚse importante à garder en tête dans l?exploitation des résultats de l?outil Flumilog est la projection des flammes sur chacune des parois à chaque pas de temps de calcul des flux. En effet, pour favoriser le développement de l?incendie, le départ de feu est supposé se situer au centre de la cellule. Le feu se propage depuis le point d?inflammation vers les combustibles situés à proximité, conduisant, pour cette hypothÚse, à un feu localisé au centre de la cellule. Le départ de feu pouvant cependant se situer n?importe où dans la cellule, les flammes sont projetées sur chacune des parois pour le calcul des flux thermiques. 11 https://www.flumilog.fr/ Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 156 sur 200 De plus, pour chaque flamme, le cas avec et sans vent est pris en compte, la flamme est ainsi penchée, pour chaque façade, vers l?extérieur du bâtiment et les flux sont comparés à une flamme droite. Les flux donnés par le logiciel sont le maximum entre le cas avec et le cas sans vent. Figure 132 : Comparaison entre le débit calorifique émis par une palette 1510 et celui émis par une caisse de 7 modules LMP L?énergie dégagée par la palette 1510 atteint environ 4000 MJ alors que celle dégagée par la caisse atteint environ 2000 MJ. Afin d?affiner la comparaison, l?énergie libérée par l?incendie de la caisse de 7 modules LMP est extrapolée à celle d?un stockage unitaire de volume égal à celui de la palette standard 1510, soit 1,44 m3, au prorata du volume. Cela représente environ 25 modules. Le débit calorifique est obtenu en posant comme hypothÚse que le feu d?une caisse de 7 modules se propage à l?autre aprÚs 1,3 min, d?aprÚs la propagation moyenne observée lors de l?essai d?un feu de caisse de modules LMP prise dans un incendie (chapitre 8). Une vitesse de propagation plus lente conduirait à une puissance totale plus faible et des distances d?effets plus faible. Une vitesse de propagation plus rapide aura des conséquences inverses. Le débit calorifique d?une palette standard composée de 25 modules LMP peut alors être estimé par la courbe rouge de la Figure 133 et simplifié par la courbe grise selon la méthodologie Flumilog (méthodologie en cours de validation). La durée de l?incendie de la palette serait donc de 15 min et sa puissance maximale atteindrait 9000 KW. L?intégrale de cette courbe est d?environ 7500 MJ. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 HR R (k W ) Temps (min) Caisse 7 modules LMP Palette 1510 Flumilog Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 157 sur 200 Figure 133 : Débit calorifique émis par une palette de modules LMP Les distances d?effets associées à l?incendie d?un entrepÃŽt stockant des palettes de modules LMP sont présentées dans le paragraphe suivant. 12.2.2 Evaluation des distances d?effets thermiques pour un incendie d?entrepÃŽt Afin de modéliser les effets à l?échelles d?un entrepÃŽt et de permettre une comparaison en premiÚre approche entre différentes palettes types, des modélisation Flumilog est proposée. Des caractéristiques de l?entrepÃŽt ont dû être choisies afin de permettre la modélisation mais ne correspondent pas à celles de l?entrepÃŽt de Grand-Couronne. Les caractéristiques retenues de cet entrepÃŽt fictif considéré pour les simulations et les comparaisons sont les suivantes : - Surface de 6000 m² (100 x 60 m), - Hauteur de la cellule : 13 m, - Stockage en racks de 12 m de hauteur sur 7 niveaux, - Nombre de doubles racks : 9, nombre de simples racks : 2, - Toiture dotée de 2 % de surfaces d?exutoires, - Murs REI120 sur 3 façades et murs avec portes de quai pour 4iÚme façade. Deux stockages de palettes de 1,44 m3 sont considérés : - Dans le premier cas, 25 modules LMP par palettes chargés à 100 %, - Dans le second cas, des palettes standards de la rubrique 1510. Les distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog sont présentées sur la Figure 134. Cette comparaison est faite en supposant des cellules remplies à 100 % par chacune des typologies de produits, sans lien avec un quelconque sinistre. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 158 sur 200 Figure 134 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog ? à gauche, pour un stockage 1510, à droite pour un stockage de modules LMP L?émittance maximale calculée par Flumilog pour le cas LMP est de 198 kW/m2. Lors des essais des émittances comprises entre 165 et 200 kW/m2 ont été mesurées. L?ordre de grandeur est donc cohérent. Toutefois, il est communément admis que l?émittance décroit avec la taille du feu. Pour une émittance plus faible, les distances d?effets seront diminuées. Les distances d?effets obtenues dans les deux cas sont présentées dans le Tableau 26. Tableau 26 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog Les puissances générées par l?incendie pour les deux configurations sont comparées sur la Figure 135. Seuil d'effet (kW/m²) Rubrique 1510 Modules LMP 3 43 > 110 5 23 110 8 NA 85 Distances d'effets (m) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 159 sur 200 Figure 135 : Puissance calculée pour les 2 cas traités La puissance obtenue pour le feu de batteries est trÚs inhabituelle pour un feu d?entrepÃŽt car elle culmine à des valeurs trÚs élevées, pratiquement 40 GW pour un temps trÚs court alors qu?elle atteint 5 GW pour un feu d?entrepÃŽt 1510. Cela s?explique par la puissance élevée de la palette unitaire qui favorise un emballement rapide. Encore une fois, cette modélisation n?est pas représentative de l?entrepÃŽt de Grand-Couronne mais sert seulement à donner des éléments de réponses à la question posée par le BEA de comparer un feu de caisses de batteries LMP à d?autres types de feu plus communément rencontrés et déjà documentés. 12.2.3 Analyse de la tenue des murs REI120 La tenue au feu d?un mur REI120 est dimensionnée sur la base de la courbe ISO83412 représentée sur la Figure 136. Cette courbe est caractéristique d?un feu cellulosique (bois, carton, ?) dont le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) des combustibles est de l?ordre de 20 MJ/kg. 12 ISO 834 ? Essai de résistance au feu ? Eléments de construction ? partie 1 : Exigences générales 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 0 20 40 60 80 100 120 140 Pu is sa nc e (M W ) Temps (min) Modules LMP Palettes 1510 - Flumilog Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 160 sur 200 Figure 136 : Courbe ISO834] La tenue mécanique au feu d?un mur REI120 est garantie si la température appliquée sur ce mur reste inférieure ou égale à la courbe ISO834. Il est clair que la température appliquée sur le mur peut ponctuellement être supérieure à la courbe sans compromettre sa tenue mécanique sous réserve que ce dépassement ait lieu sur une durée et une surface restreinte. Le graphe de la Figure 137 compare la courbe ISO 834 à la température issue de l?emballement thermique d?un stockage de modules LMP reconstruite de maniÚre théorique à partir : - des températures moyennes observées pendant les essais, - d?une modélisation d?un incendie d?entrepÃŽt à l?aide du code Flumilog qui permet d?évaluer la durée de l?agression thermique sur le mur. Il est bien évidemment trÚs compliqué de construire une courbe température ? temps avec les seules données disponibles aujourd?hui. Des choix ont été faits à des fins de comparaison. La courbe a ainsi été construite forfaitairement sur la base des choix suivants : - une phase de montée en température supposée de cinétique similaire à la courbe ISO 834 en l?absence d?élément, en reprenant donc une équation en logarithme népérien équivalente à l?ISO834 mais en adaptant celle-ci pour la température maximale soit atteinte au temps final de l?incendie calculé par l?outil Flumilog, soit 40 min ; - une phase de décroissante selon une équation de la forme A.exp(-B.t) avec les constantes A et B calées pour une durée d?incendie de 120 min. Cette forme de courbe en exponentielle est représentative de l?évolution de la décroissance de la puissance d?un incendie en référence à de nombreux essais réalisés par l?Ineris en chambre 1000 m3. La prise en compte de cette décroissance est réalisée pour refléter la durée calculée de l?incendie. Une autre approche aurait pu être de considérer la température constante une fois la température maximale atteinte. Cela n'aurait aucunement affecté les conclusions qui suivent. Cette courbe montre que l?incendie d?un stockage de modules LMP serait susceptible de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 puisque la température atteinte par l?incendie pourrait dépasser la température limite - sur laquelle les mus REI120 ont été dimensionnés - de plusieurs centaines de degrés pendant plusieurs dizaines de minutes, sous réserve que le stockage soit situé à proximité du mur et soit suffisamment étendu notamment le long du mur. A titre indicatif l?ordre de grandeur des distances pourrait correspondre à un stockage d?une dizaine de mÚtres de large minimum situé à une distance du mur inferieure à une dizaine de mÚtres. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 161 sur 200 Figure 137 : Comparaison entre la courbe ISO834 et la température d?agression issue de l?incendie de caisses de modules LMP 12.2.4 Analyse du besoin en désenfumage Pour évaluer la pertinence de la surface utile de désenfumage pour un stockage de batteries LMP, il convient de revenir à l?origine et à l?objectif de ce désenfumage. La mise en place d?un systÚme de désenfumage a ainsi pour objectif, en évacuant les fumées d?incendie, de réduire la cinétique de propagation du feu, limitant notamment le risque de flashover, mais également de maintenir les fumées à une certaine hauteur pour permettre l?évacuation. Les essais feu caisse permettent de proposer un débit surfacique d?environ 177 g/m2/s. De fait, la vitesse de combustion et le débit de fumées pour les batteries LMP sont bien supérieurs à ceux des produits cellulosiques et plastiques utilisés en référence pour évaluer la surface utile nécessaire de désenfumage (40 g/m2/s pour des pneus et 12g/m2/s pour des câbles électriques par exemple). Bien que les températures élevées atteintes par un tel incendie favorisent le désenfumage (pour une température plus élevée, les densités sont plus faibles, ce qui favorise l?écoulement au travers des ouvrants), et afin de conserver l?atteinte des objectifs de sécurité associés au désenfumage pour un tel stockage, il semble nécessaire d?accroître la surface de désenfumage. 12.2.5 Evaluation des effets toxiques aigÃŒes13 pour un incendie d?entrepÃŽt Afin de mettre en perspective les résultats des analyses de fumées réalisées dans cette étude, une comparaison entre la toxicité aigÃŒe des fumées d?un incendie de batteries LMP, de gazole et de pneumatiques est proposée. Cette comparaison ne prend en compte que la composition gazeuse car, en l?état actuel des connaissances, on considÚre que les particules n?influent pas sur la toxicité aigÃŒe mais seulement sur les effets chronique. De même, cette comparaison ne tient pas compte des effets que les émissions particulaires pourraient avoir sur l?environnement. Au regard des hypothÚses fortes sur la formation du panache, tel que décrit dans le rapport Ineris ?1614, il a été choisi, pour cette comparaison, d?évaluer la différence de toxicité à l?émission. Cette approche consiste à ne diluer les émissions que dans la seule quantité d?air nécessaire à la combustion des produits. La seule hypothÚse nécessaire est donc que l?apport d?air est suffisant pour assurer la combustion complÚte, condition dans laquelle sont également mesurés les facteurs d?émission listés dans le Tableau 14. 13 AigÃŒe au sens des valeurs seuils de toxicité aigÃŒe françaises (VSTAF) 14 Rapport Ineris W16, Omega 16 - Recensement des substances toxiques (ayant un impact potentiel à court, moyen et long terme) susceptibles d?être émises par un incendie, juin 2023. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 20 40 60 80 100 120 Te m pé ra tu re (° C) Temps (min) ISO834 Feu de caisses de modules LMP Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 162 sur 200 Afin d?évaluer la dangerosité des gaz émis, il est ainsi possible d?estimer la toxicité aigÃŒe du mélange gazeux constitué des gaz de combustion et de l?azote contenu dans l?air ayant servi à la combustion sous l?hypothÚse que tout l?oxygÚne est consommé. La toxicité de ce mélange peut alors être exprimée sous une forme inspirée de la Concentration Effective Fractionnelle (CEF) : ??? = ?? ?????????Ú??? Cette quantité représente ainsi le potentiel toxique du mélange, plus sa valeur est élevée, plus le mélange est toxique. En considérant les propriétés de combustion, vitesse et chaleur, du gazole, des pneumatiques et des caisses de LMP et les facteurs d?émissions, Tableau 14, il est possible d?évaluer cette valeur pour ces différents produits, Tableau 27 en utilisant les VSATF pour les seuils d?effet irréversibles pour 30 min d?exposition. Tableau 27 : CEF calculée pour différents produits. Produis CEF Gazole 5,4 Pneumatiques 16,5 Caisse LMP 15,8 Ce résultat met en évidence un potentiel toxique comparable entre pneumatiques caisse LMP, potentiel prÚs de 3 fois supérieur à celui du gazole pour ces deux produits en raison, notamment, de la production de gaz spécifiques comme les acides halogénés ou le dioxyde de soufre qui ont une forte toxicité. Il faut par ailleurs souligner que ce potentiel toxique à l?émission est principalement piloté par les gaz émis et la chaleur de combustion des produits, chaleur qui pilote le besoin en air. La puissance de l?incendie joue peu au final, pour ce qui concerne la toxicité à l?émission. Etant entendu que la vitesse de combustion mesurée est trÚs élevée pour les caisses LMP, l?effet ascensionnel du panache sera plus important avec pour conséquence une plus forte dilution pour le calcul des effets toxiques à distance de la source. 12.3 SynthÚse des particularités d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP Les résultats expérimentaux et numériques obtenus dans le cadre de cette étude conduisent aux conclusions suivantes : - Le débit calorifique lié à l?incendie d?une palette de modules LMP est pratiquement 6 fois plus élevé que celui associé à l?incendie d?une palette classée sous la rubrique 1510 ; - Les températures de flamme liées à l?incendie d?un stockage de modules LMP peuvent atteindre en moyenne plus de 1400 °C et sont susceptibles de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 sous réserve que ce stockage soit situé à proximité du mur à moins d?une dizaine de mÚtres, et disposé le long du mur sur une dizaine de mÚtres minimum ; - Les distances d?effets au seuil des effets irréversibles (SEI) associées à l?incendie d?un entrepÃŽt de 6000 m², de 13 m de hauteur et doté de murs REI120 composé d?un stockage en racks de palettes de modules LMP pourraient atteindre plus de 110 m. Les distances d?effets au seuil des effets domino (8 kW/m²) pourraient atteindre 85 m. Ces distances sont au minimum 5 fois plus élevées que celles associées à un entrepÃŽt de produits courant (rubrique 1510) ; - Les besoins de désenfumage des entrepÃŽts stockant des batteries LMP pourraient être supérieures à ceux préconisés dans la rubrique ICPE1510. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 163 sur 200 PARTIE 3 : Protection en phase accidentelle et réactivité des résidus Cette partie cherche à déterminer la réactivité des résidus afin de préciser si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 164 sur 200 13 Observations préliminaires A l?issue des essais, bien que les modules étaient complÚtement consommés, une quantité importante de résidus était présente et la plupart des outils utilisés lors de l?essai à proximité de la réaction (bac de rétention, virole, outil d?écrasement, ?) étaient fortement dégradés. Comme cela est visible sur la Figure 138, la plupart des résidus avaient une couleur rougeâtre ou brunâtre et étaient trÚs hétérogÚnes. Figure 138 : Photographies des résidus d?essais Les jours suivant les essais, lors du nettoyage des chambres d?essai, de fortes odeurs rappelant celles de l?ail ont été senties de maniÚre continue à proximité des chambres et dans un rayon de plusieurs mÚtres autour des fûts de 200 L dans lesquels étaient placés les résidus et matériels souillés. Afin de limiter les odeurs, les fûts sont stockés dans des locaux ventilés jusqu?à leur élimination dans les filiÚres appropriées. Aussi, quelques heures aprÚs la mise en fût, le couvercle d?un fût cerclé a été projeté à plusieurs mÚtres malgré l?utilisation de couvercles à valve de surpression. Lors de transfert de matériel souillé les jours de pluie, des inflammations ont été observées comme documenté en Figure 139. Enfin, lors des phases de nettoyage aprÚs-essai, du fait de la nature compacte et solide des résidus, les morceaux trop volumineux pour la mise en fût ont dû être cassés à l?aide d?outils tels qu?une pioche. Lors des coups de pioches, des inflammations intermittentes ont également été observées. Figure 139 : Extraits vidéo où l?inflammation de résidu au contact du sol humide est visible Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 165 sur 200 Ces inflammations répétées ont rapidement conduit à l?hypothÚse de la formation de gaz inflammables par les résidus d?essai. Deux mois aprÚs l?essai pad module, une analyse FTIR a été réalisée dans le ciel gazeux d?un fût de résidu de l?essai pad module. Pour cela, le couvercle du fût a été percé et un flux entrant d?azote de 2,5 L/min a été imposé en même temps que les gaz sortants étaient analysés par FTIR. Le spectre présenté Figure 140 est ainsi obtenu. Trois gaz y sont clairement identifiables à l?issue de cette analyse : de l?eau (issue de l?humidité de l?air) ; de la phosphine (PH3) et de l?acétylÚne (C2H2). Une quantification approximative de la phosphine permet d?estimer une production d?environ 0,15 L/h. En plus de ces composés, il est probable qu?en présence d?eau, de l?H2 soit formé par réaction avec du Li métal présent dans les résidus. Le H2 n?est pas mesurable par FTIR. Figure 140 : Analyse du ciel gazeux d?un fût contenant des résidus de combustion de l?essai pad sur module Afin de préciser si, au regard de la réactivité de ces résidus, les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d?extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants, les substances en présence ont été analysées et les mécanismes possibles de formation de ces gaz proposés. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 166 sur 200 14 Réactivité des résidus Cette partie vise à caractériser l?hydro réactivité des résidus et caractériser la formation gazeuse. 14.1 PrélÚvement Quatre jours aprÚs l?essai, des résidus de l?échantillon soumis à essai ont été prélevés à l?aide d?un marteau et d?un burin dans le bac de feu utilisé pour l?essai, situé dans la Galerie Incendie de l?Ineris (Figure 141). Le prélÚvement correspond à des résidus restés au fond du bac feu aprÚs l?essai propagation sur caisse. Figure 141 : Cliché photographique du prélÚvement d?échantillon issu de résidus de combustion de batterie, produits à la suite d?un essai abusif Il est à noter que lors du prélÚvement de l?échantillon dans le bac de feu, des étincelles ont été produites suite aux coups de burin sur les résidus de combustion, mais seulement dans certaines zones du bac. Les analyses présentées dans la suite de ce document ont été effectuées sur des échantillons prélevés dans des zones du bac contenant les résidus les plus susceptibles de produire des étincelles. 14.2 Evaluation préliminaire de la réactivité des résidus prélevés Immédiatement aprÚs le prélÚvement décrit ci-dessus, quelques gouttes d?eau ont été versées sur un fragment de l?échantillon ainsi prélevé (Figure 142b). Une réaction vive a été observée, avec un bullage/formation d?une mousse et émission de gaz à la surface de ce dernier sans signe d?inflammation (Figure 142c). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 167 sur 200 Figure 142 : Clichés photographiques de l?échantillon (immédiatement aprÚs le prélÚvement) placé dans un bécher (a), lors d?ajout d?eau (b) et bullage/formation de mousse (c) AprÚs humidification, les fragments d?échantillon soumis à des chocs mécaniques (coups de burin) se sont également montrés d?autant plus réactifs, produisant des inflammations relativement vives (Figure 143). Il semblerait donc, d?aprÚs ces premiÚres constatations, qu?une fois l?échantillon prélevé et humidifié (voire réhumidifié), l?impact/frottement mécanique d?une piÚce en métal (burin) contre le résidu serait à même de provoquer l?inflammation du ou des gaz formé(s). Figure 143 : Clichés photographiques du comportement de l?échantillon humidifié soumis à une action/contrainte mécanique b ca Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 168 sur 200 Le reste d?échantillon prélevé (Figure 144) a été immédiatement placé en boîte à gants sous atmosphÚre inerte avec une concentration d?O2 inférieure à 10 ppm. Figure 144 : Clichés photographiques du prélÚvement d?échantillon de résidus de combustion de batteries et fragments produits à la suite du concassage au burin en boîte à gants pour s?approcher des quantités requises pour les diverses phases de l?épreuve N.5 Les échantillons ont ensuite été soumis aux essais de caractérisation de l?hydro réactivité décrits en Section 14.3 sans traitement préalable. 14.3 Epreuve N.5 : Méthode d?épreuve pour les matiÚres qui, au contact de l?eau, dégagent des gaz inflammables (ONU) Les essais ont été réalisés suivant l?épreuve décrite dans le Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU, 8Úme édition, réf. ST/SG/AC.10/11/Rév.8, 2023. 14.3.1 Phase 1 Protocole de la Phase 1 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : Dans un bac rempli d?eau distillée à 20°C, on place une petite quantité de matiÚre (c?est à dire une portion d?environ 2 mm de diamÚtre). On observe s?il y a dégagement et s?il y a inflammation spontanée du gaz. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 169 sur 200 En raison de l?état de la nature (massive) de l?échantillon, il n?a pas été possible de prélever précisément une portion de 2 mm de diamÚtre (Figure 145). Figure 145 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 1 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un fort dégagement de gaz (sans inflammation) est observé spontanément dÚs immersion de l?échantillon, et ce durant un peu plus de 1 minute. 14.3.2 Phase 2 Protocole de la Phase 2 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : On place une petite quantité de matiÚre (c?est à dire une portion d?environ 2 mm de diamÚtre) au centre d?un papier-filtre flottant à la surface d?un bain d?eau distillée à 20°C, dans un récipient approprié (Figure 146). Le rÃŽle du papier-filtre est de maintenir la matiÚre en un point fixe, afin d?obtenir la probabilité maximale d?inflammation spontanée du gaz dégagé. On observe s?il y a dégagement et s?il y a inflammation spontanée du gaz. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 170 sur 200 Figure 146 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 2 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un dégagement de gaz (sans inflammation) est observé durant 1 minute environ, il convient donc de passer à la phase 3 de l?épreuve N.5. 14.3.3 Phase 3 Protocole de la Phase 3 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : Ce test consiste à humidifier les échantillons sans traitement particulier afin de faire un test exploratoire et évaluer la réactivité des échantillons. Compte tenu du fait qu?ils n?étaient pas friables, nous l?avons soumis « tel quel » à cette nouvelle épreuve (Figure 147). Durant cette phase de test, une mesure de température à coeur de l?échantillon a été effectuée pour évaluer une estimation des échauffements lors de la réaction. Figure 147 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un dégagement de gaz est observé (Figure 5a), sans inflammation, avec une montée notable de température de l?ambiante à 84°C (Figure 5b). (NB : la température d?auto-inflammation de la phosphine, gaz pyrophorique est de 38°C) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 171 sur 200 Un test d?inflammation des gaz émis a été réalisé à l?aide d?un brûleur à gaz. A l?approche de la flamme du brûleur, une inflammation spontanée et vive est observée (Figure 148). Figure 148 : Clichés photographiques de la tentative d?inflammation au brûleur à gaz des gaz générés lors de l?ajout de quelques gouttes d?eau sur l?échantillon soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 Un fragment d?échantillon a également été soumis à la Phase 4 de l?épreuve (Section 14.3.4) afin d?estimer le débit gazeux émis lors de l?immersion de l?échantillon dans de l?eau. 14.3.4 Phase 4 Protocole de la Phase 4 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : S?il s?agit d?une matiÚre solide, on l?inspecte pour déterminer si elle contient une certaine quantité de particules fines (c?est-à-dire de granulométrie inférieure à 500 µm). Si cette quantité représente plus de 1 % (en masse) du total, ou s?il s?agit d?une matiÚre friable, l?échantillon entier doit être broyé en poudre avant l?épreuve pour simuler les effets d?effritement au cours de la manutention et du transport ; dans le cas contraire, on utilisera la matiÚre sous sa forme commerciale (dans le cadre de cette étude l?échantillon sera utilisé sous sa forme tel que prélevée et aprÚs un léger concassage), comme dans le cas des liquides. L?essai qui doit se dérouler à la température ambiante (20°C) et à la pression atmosphérique est exécuté trois fois. On utilise une ampoule à décanter contenant de l?eau, et une fiole conique dans laquelle on a placé une quantité suffisante de matiÚre (jusqu?à maximum 25 g) pour produire de 100 à 250 ml de gaz. On ouvre le robinet de l?ampoule à décanter pour laisser couler l?eau dans la fiole conique ; on déclenche un chronomÚtre. Le volume de gaz produit est mesuré de toute maniÚre appropriée. On note la durée totale du dégagement de gaz ; on note également, si possible, la quantité produite à certains intervalles. La production de gaz est calculée sur une durée de 7 heures à intervalles d?une heure. Si le débit de gaz fluctue ou augmente aprÚs 7 heures, la durée de mesure doit être prolongée jusqu?à un maximum de cinq jours. On peut cependant arrêter l?épreuve avant si le débit est devenu constant ou diminue réguliÚrement et que l?on a recueilli suffisamment de données pour pouvoir affecter la matiÚre à un groupe d?emballage/une catégorie ou conclure qu?elle ne relÚve pas de cette classe de danger. Si la nature chimique du gaz dégagé n?est pas connue, il doit être soumis à un essai d?inflammabilité. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 172 sur 200 Dans le cadre de cet essai, la mesure du volume de gaz produit a été effectuée en utilisant un débitmÚtre automatique (type MGC-1), qui permet de mesurer le dégagement de gaz en fonction du temps (Figure 149). Figure 149 : Cliché photographique illustrant un exemple d?échantillon soumis à la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques Le MGC-1 dispose d?une cellule immergée dans de l?huile synthétique (Calrix), qui collecte le gaz dégagé par la réaction entre le produit testé et l?eau. Le gaz est amené par un tube qui pénÚtre à l?intérieur de l?appareil, jusqu?au-dessous de la cellule. Celle-ci bascule lorsque le volume de gaz accumulé atteint 3,2 ml et permet au gaz de s?échapper à l?air libre par un autre conduit. La cellule de mesure est reliée au logiciel d?acquisition « RIGAMO » qui marque un point à chaque basculement. L?appareil dispose également d?un affichage numérique du volume cumulé de gaz comptabilisé au cours du temps. Pour des raisons d?homogénéité dans le calcul du débit de gaz dégagé au cours des essais, seul le résultat en volume cumulé au cours du temps a été utilisé. Les essais seront réalisés sur les échantillons « tels quels » pour reproduire les conditions sur site, et légÚrement concassés, afin d?obtenir des prises d?essai pouvant être introduites dans les erlenmeyers. Les essais se sont déroulés au sein de la plateforme sécurisée, thermostatée à 20°C. Environ 5 g d?échantillon est déposé au fond d?un erlenmeyer de 50 ml en boîte à gants sous argon (l?erlenmeyer est muni d?un bouchon à septum en partie supérieure et d?un film de parafilm pour le raccord au débitmÚtre) et, sous sorbonne, une quantité de 10 ml d?eau distillée est ajoutée de maniÚre à immerger la substance soumise à essai. Le compteur de gaz MGC-1 est préalablement raccordé à l?erlenmeyer. Les courbes de suivi du dégagement gazeux de l?échantillon « tel quel » sont reportées ci-aprÚs (figures 150 et 151). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 173 sur 200 Figure 150 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques pour l?échantillon « Tel Quel » ? Essai 2 Figure 151 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec le débitmÚtre automatique pour l?échantillon « Tel Quel » - Essai 3 Un dégagement de gaz sans inflammation spontanée a été observé au cours de chaque essai et le débit de gaz à plafonné à 576 L/h.kg pendant quelques minutes. 14.4 Analyse des gaz de réaction générés lors de l?ajout d?eau sur l?échantillon Afin de connaitre la nature des gaz formés, un prélÚvement a été réalisé dans un sac Tedlar puis identifié par GC/MS. Pour l?analyse de la phosphine, un filtre imprégné (AgNO3) a été exposé au gaz puis a subi une extraction dans un bain à ultrasons durant 1 h avant que le phosphore soit quantifié par ICP OES. Ainsi, il ressort qu?une part majoritaire des gaz émis est du dihydrogÚne (H2) et que la phosphine (quantifié en équivalent P) est émise dans des quantités 25 fois moindres. La présence d?acétylÚne n?a pas été recherchée bien qu?elle ait été démontrée par FTIR. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 174 sur 200 Des traces d?autres espÚces ont été détectées sans pouvoir être quantifiées, on citera par exemple : trimethylsilyl fluoride, tetramethyl silane, ethyl phosphine, dimethyl phosphine, trimethyl silanol, acide acétique, hexamethyl disiloxane, n-butyl ether 14.5 Risques liés à l?émission de phosphine Il a été mis en évidence lors des essais la formation de phosphine en présence d?eau, mais également humidité. Lors d?un essai de sprinklage (30 l/m²/min), le débit de phosphine mesuré est d?environ 0,2 g/m²/s. En supposant de façon prudente que ce taux d?application du sprinklage soit employé sur la moitié de la surface de la cellule et que 100 % de cette surface soit occupée par des résidus de batterie aprÚs incendie, le taux d?émission de phosphine serait de 600 g/s. Afin d?estimer les potentielles conséquences d?une telle émission, celle-ci a été modélisée dans l?outil Phast v9.0 afin d?estimer la distance aux effets toxiques. Le seuil des effets irréversibles (SEI) pour 30 min d?exposition, soit 155 ppm a été utilisé pour représenter les distances atteintes. Le seuil des premiers effets létaux pour une même durée de 30 min, 1395 ppm, est également tracé à titre informatif. Deux classes de vent ont été considérées pour cette représentation, F3 et D5, conformément aux prescriptions de la circulaire du 10/05/2010 pour la modélisation des effets toxiques dans le cadre des études de dangers. Il convient enfin de préciser que, sur la base des observations sur le terrain, la température d?émission de la phosphine est fixée à 100°C. Les distances d?effets ainsi obtenues sont représentées sur la Figure 152. La distance maximale atteinte par les effets irréversibles au niveau du sol est d?environ 250 m, 65 m pour les effets létaux. En considérant les effets en altitude, la distance aux effets irréversibles atteint 550 m, les effets létaux 120 m environ. Figure 152 : Vue latérale du panache toxique résultant de l?émission de phosphine, effets irréversibles et premiers effets létaux. Il est également important de noter que, en l?absence de perception d?une forte odeur aillée, il n?est pas attendu que les seuils effets irréversible soient atteint. En effet, comme l?indique la figure 15315 le seuil de perception est largement en deçà du seuil d?effet irréversible. 15 https://substances.ineris.fr/sites/default/files/archives/7803-51-2%20--%20Phosphine%20-- %20VSTAF-Rapp.pdf Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 175 sur 200 Figure 153 : Seuils de toxicité et de perception de la phosphine 14.6 Conclusions sur la réactivité des résidus Les essais de détermination de l?hydro réactivité, suivant l?épreuve N.5 du Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU (ST/SG/AC.10/11/Rev.8), réalisés sur le résidu de combustion de batteries prélevé « Tel Quel » permettent de conclure que : ? Un fort dégagement gazeux a été observé systématiquement pour chaque phase de l?épreuve dans les conditions d?essais, et une inflammation immédiate et vive des gaz générés a été mise en évidence lors des tentatives d?inflammation à l?aide d?une flamme produite par un brûleur à gaz (à distance d?environ 30 cm minimum) ; ? Des débits de gaz allant jusqu?à environ 576 L/h.kg en débit maximal sur 1 h ont été mesurés ; ? Le résidu de combustion est donc considéré comme étant hydro réactif au sens de la classification ONU TMD ; ? La distance maximale atteinte par les effets irréversibles au niveau du sol est d?environ 250 m. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 176 sur 200 15 Caractérisation des résidus Cette partie a pour but de caractériser les résidus afin de comprendre les mécanismes menant à la formation des gaz observés. La figure 152 présente les flacons de résidus, stockés en boite à gants qui seront broyés puis analysés. Figure 154 : Photographies des résidus prélevés pour analyse Une analyse DRX a tout d?abord été réalisée sur les résidus de l?essai flux radiant sans que le transfert, ni l?analyse, ne soient réalisées dans des conditions protégées de l?air (ces analyses par DRX ont été sous-traitées à l?UTC). Les résultats de l?analyse sont présentés en figure 153. Sur ce prélÚvement les phases principalement identifiées sont le LFP (+triphylite LiFePO?) provenant de la cathode, le quartz (SiO2) provenant du sable, le lithiophosphate (Li3PO4) la calcite (CaCO3) provenant possiblement des parpaings des siporex utilisés comme support. Aucun composé hydro réactif et/ou susceptible d?être à l?origine des émissions gazeuses n?est ainsi détecté, ce qui est plutÃŽt attendu dans la mesure où les poudres analysées devaient être oxydées (avaient réagi) avant l?analyse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 177 sur 200 Figure 155 : Analyse DRX des résidus d?un essai compression statique. L?analyse porte sur des résidus plutÃŽt rougeâtres et le transfert et l?analyse ont été réalisés sous air (poudre oxydée) Pour compléter cette analyse, une seconde analyse a été réalisée sur les résidus identifiés comme étant les plus réactifs parmi le prélÚvement réalisé aprÚs l?essai de propagation. Cette analyse, dont les résultats sont présentés en Figure 156, a été réalisée en broyant l?échantillon en boîte à gants (O2<10 ppm) afin d?éviter son oxydation (contrairement à l?analyse précédente). La poudre ainsi obtenue a ensuite été placée dans un porte échantillon et recouverte d?un film d?adhésif polyimide de marque Kapton (responsable de la bosse aux faibles angles du spectre rayons X représenté en Figure 156). Deux analyses d?un même échantillon ont été réalisées à quelques heures d?intervalle afin d?identifier d?éventuels phénomÚnes d?oxydation (le film Kapton n?est pas parfaitement étanche sur plusieurs heures) : le spectre « résidus batterie » (ligne noire, Figure 156) a correspond à la premiÚre analyse réalisée. Le spectre « résidus batterie 2 » correspond quant à lui à la seconde analyse (ligne rouge, Figure 156). La matrice composite constituant l?échantillon étant trÚs complexe, les spectres des Figures 155 et 156 montrent de nombreux pics, pouvant être associés à une multitude de composés. Ces analyses ne sont cependant pas suffisantes pour dresser avec certitude une liste exhaustive des composés constituant ces résidus. L?affinement des spectres de DRX par l?UTC suggÚre la présence de différents composés dans l?échantillon analysé tels que : ? Une possible présence de Li3P (en particulier, sur la base de la présence d?un pic caractéristique de cette phase à un angle de 2? = 42°). Cette interprétation est cependant questionnable, en particulier du fait de la difficulté à distinguer les autres pics constituant le spectre caractéristique du Li3P. L?identification de Li3P peut être envisagée (particuliÚrement le pic à 42°) ; ? Une possible présence d?alliage aluminium-lithium LiAl, suggérée par deux pics à des angles de 2? = 40° et 2? = 24° ; ? Une possible présence de d?aluminate de lithium, indiquée par plusieurs pics situés à des angles tels que 2? = 70°, 33° et 24°. La comparaison des deux spectres réalisés à quelques heures d?intervalle montre une évolution des pics mesurés au cours du temps, pouvant être le signe d?une réactivité des échantillons avec leur environnement extérieur (mauvaise étanchéité de l?adhésif Kapton). Cependant, l?évolution temporelle de l?intensité de ces pics semble difficile à interpréter du fait de comportements a priori contradictoires des différents pics. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 178 sur 200 On pourrait en effet s?attendre à ce qu?au cours d?une exposition prolongée à l?air, les poudres s?oxydent, ce qui, du point de vue des spectres de DRX, pourrait se traduire par une diminution progressive des pics attribués à LiAl et une augmentation de ceux attribués à LiAlO2. La Figure 156 montre en revanche une diminution importante de l?intensité du pic à 2? = 40° attribuée à LiAl alors que le pic à 2? = 24° reste stable. De même, l?intensité des pics à 2? = 70° et à 33°, attribuée à LiAlO2 tend à diminuer au cours du temps, tandis que 2? = 24° reste stable et que celui à 35° tend à augmenter. Enfin, on observe une augmentation de l?intensité des pics associés à LiNiO. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 179 sur 200 Figure 156 : Analyse DRX des résidus de l?essai feu caisse. L?analyse porte sur un ensemble hétérogÚne de résidus et le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air (protégé par du Kapton) Afin de compléter l?analyse DRX, une analyse RMN des isotopes 31P et 7Li a été réalisée à l?ICMCB. Les résidus analysés sont issus de l?essai propagation et ont été préparés par broyage en boîte à gants sous atmosphÚre inerte et l?analyse s?est faite dans des conditions excluant le contact de l?air. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 180 sur 200 Les résultats sont présentés en Figure 157. Le spectre du 31P permet d?identifier clairement le Li3P par le déplacement de raie caractéristique à -270 ppm16. Le spectre du 7Li confirme la présence de Li3P et met en évidence la présence d?autres composés lithiés où le Li est proche d?espÚces paramagnétiques (LixC, LiFeP?). Cette analyse permet aussi d?exclure la présence de Li métallique dans l?échantillon testé. / Figure 157 : Analyse RMN d?un ensemble hétérogÚne de résidus sur le 31P et le 7Li. Le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air La mise en évidence d?un environnement diamagnétiques à proximité du Li par l?analyse RMN peut suggérer la présence de phases telles que LixC ou LiFeP. Cette analyse a donc été complétée par une analyse Mössbauer du fer dont les résultats sont présentés Figure 158. Cette analyse permet une détermination du degré d?oxydation du fer, et apporte par conséquent davantage d?information sur les composés en présence dans l?échantillon. 16 Marino, C.; Boulet, L.; Gaveau, P.; Fraisse, B.; Monconduit, L. Nanoconfined phosphorus in mesoporous carbon as an electrode for Li-ion batteries: performance and mechanism. Journal of Materials Chemistry 2012, 22, 22713- 22720 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 181 sur 200 Figure 158 : spectroscopies Mössbauer des résidus d?essais Ce spectre est constitué d'un unique doublet. Les paramÚtres hyperfins correspondent à du Fe3+ haut spin en site tétraédrique (déplacement isomérique "petit delta" = 0.25 mm/s) dans un environnement relativement symétrique (éclatement quadripolaire "grand delta" = 0.44 mm/s). Ce doublet quadripolaire peut être associé à une phase de type LiFeP17 et, de maniÚre certaine, pas à un oxyde ou oxyhydroxyde de fer, un phosphate de fer ou encore une phase de type Fe3C. 17 Boyanov, S.; Womes, M.; Jumas, J.-C.; Monconduit, L. 57 Fe Mössbauer study of the electrochemical reaction of Li with FeP y (y= 1, 2). In Proceedings of the ICAME 2007: Proceedings of the 29th International Conference on the Applications of the Mössbauer Effect (ICAME 2007) held in Kanpur, India, 14-19 October 2007, 2009; pp. 1143- 1155. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 182 sur 200 16 Mécanismes réactionnels susceptibles de former de la phosphine A la lumiÚre des analyses réalisées, ci-dessus, et dans la limite des informations à disposition à ce stade, la caractérisation des résidus permet ainsi de proposer différentes hypothÚses de mécanismes de réaction qui pourraient expliquer la formation de la phosphine mesurée dans le ciel gazeux des échantillons exposée à un environnement humide : 1- L?excÚs de Li(m) fondu à l?anode (température de fusion du Li : 180 °C), en présence d?une atmosphÚre réductrice (H2, CO2, CO, ?) et à trÚs haute température (> 1400°C) réduit LixFePO4 en Li3P et LiFeP (suggéré par RMN et Mössbauer). En considérant les résultats Mössbauer, cette réduction du FePO4 de la cathode pourrait se faire en présence de H2 et de CO et en fonction de la température par l?intermédiaire de la formation de Fe2P, Fe3P ou du FeP18. Une partie du FeP peut ensuite interagir avec le Li en excÚs selon le mécanisme (1) pour former du Li3P19. FeP + Li ? LiFeP (1) LiFeP + 2Li ? Li3P + Fe0 (1) 2- Au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air, le Li3P réagit pour former de la phosphine selon la réaction (2) Li3P + 3H2O? 3LiOH + PH3 + chaleur (2) Les analyses présentées en Section 16 n?ont pas permis d?identifier le composé à l?origine de la production d?acétylÚne. Cependant, en considérant les matériaux composant le module, ainsi que les conditions de combustion (environnement, températures, ?), il est possible de proposer les équations de réaction suivantes : 1- L?excÚs de Li(m) fondu à l?anode réagit avec le CO2 formé par la réaction de combustion, favorisé par les hautes températures atteintes pour former un carbure de lithium selon la réaction (3) Li(molten) + CO2? Li2C2 (3) 2- Au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air, le carbure de lithium réagit pour former de l?acétylÚne selon la réaction (4) Li2C2 + 2H2O? C2H2 + 2LiOH + chaleur (4) Enfin, l?inflammabilité du mélange gazeux émis par les résidus de combustion et l?intensité de la combustion pourraient également être liées à la présence importante de dihydrogÚne mis en évidence au paragraphe 13.4. Malgré l?absence de détection de Li sous forme métallique dans les analyses réalisées, sa présence dans les résidus ne peut pas être écartée. En effet, au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air le Li forme du dihydrogÚne selon la réaction (5) 2 Li(m) + 2 H2O ? 2 LiOH (aq) + H2(g) + chaleur. (5) 18 Ye. Mukhametkhan et al., Complete thermodynamic analysis of the interaction of iron phosphate (FePO4) with hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), Matalurgija 60, 2021 19 Boyanov, S.; Bernardi, J.; Gillot, F.; Dupont, L.; Womes, M.; Tarascon, J.-M.; Monconduit, L.; Doublet, M.-L. FeP: another attractive anode for the Li-ion battery enlisting a reversible two-step insertion/conversion process. Chemistry of materials 2006, 18, 3531-3538 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 183 sur 200 17 Conclusion générale Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand Couronne (76), qui abritait, selon l?exploitant, plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal Polymer (LMP). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête et devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, l?Ineris a été missionné pour mettre en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les modes de défaillance pouvant être à l?origine d?un emballement thermique, les mécanismes de propagation, les effets de la réaction de ces batteries ainsi que l?efficacité des dispositifs de protection. Pour permettre la réalisation d?essais, Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. Ce rapport fait état des constats observés lors des essais réalisés lors de la campagne menée à l?INERIS et répond au questionnement de la saisine du BEA-RI en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique Les essais sur les modes de défaillance ont permis de conclure sur : - la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique pouvant correspondre à une chute d?une masse de 40 kg de 5 m ou 280 kg de 6,5 m, selon la face impactée. Les hypothÚses d?une chute d?objet sur la caisse, de la chute d?une caisse ou d?un coup de fourche de chariot élévateur semblent être des hypothÚses plausibles même s?il faut noter que les modules étant placés dans des caisses carton qui offrent une protection relative aux modules ; - la possibilité qu?un défaut interne de type court-circuit entre cellules ou interne à certaines cellules constitutives des modules induise un emballement thermique du module. Un essai clou a été réalisé et n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Afin de s?affranchir des nombreux paramÚtres de tests qui auraient pu changer l?issue de l?essai, un test ne simulant non pas le défaut (court-circuit interne) mais les conséquences d?un défaut, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé. Un essai de chauffe rapide localisée directement à la surface d?un EC a été réalisé et a permis de créer un emballement thermique de l?ensemble de l?EC qui s?est ensuite propagé à l?EC en série placée dessous. En supposant que cet essai soit représentatif de ce qu?il pourrait se passer en cas de défaut interne, il est donc possible de conclure qu?un défaut interne peut causer l?emballement thermique d?un EC qui se propage ou se serait ensuite propagé au module. D?autres hypothÚses comme le court-circuit externe, un défaut d?étanchéité ou la surdécharge n?ont pas été étudiées car non considérées comme susceptibles d?être la source de départ d?un emballement thermique pour un module à température ambiante en condition de stockage. ? D'étudier les mécanismes de propagation de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie De maniÚre générale, les essais menés ont permis de caractériser le comportement des batteries LMP produites par Blue Solutions en situation abusive. Il ressort de l?analyse que : - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module n?entre en réaction violente. La réaction est quasi instantanément trÚs violente ; - La détermination d?abus maximal tolérable avant l?emballement thermique est compliquée à déterminer car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Ce comportement est observé particuliÚrement lors d?abus mécaniques ; - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 184 sur 200 - Des températures trÚs élevées sont observées (1615°C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement et donc la propagation, peut affecter la tenue des structures métalliques ou en bêton ; - Des coulées de métaux/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol. En complément de ces observations, des valeurs précises concernant les paramÚtres de combustion ont pu être déterminées. L?énergie de combustion spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure par rapport à ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris sur des cellules Li-ion NMC tandis que le débit calorifique spécifique des modules LMP Blue Solutions atteint des valeurs comparables avec ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris ou dans la littérature sur des cellules Li-ion NMC. Si l?on compare maintenant ces valeurs à celles observées sur des modules Li-ion de type automobile, le débit calorifique mesuré sur les modules LMP Blue Solutions est également nettement supérieur. Cet écart s?explique à la fois par les propriétés intrinsÚques de la technologie et par les choix d?ingénierie faits par Blue Solutions, aboutissant à l?absence de séparation physique entre les éléments du module (7 kWh) qui permettrait de ralentir la propagation et limiter la quantité de matériaux réagissant simultanément. ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés Lors de la combustion des modules, des émissions de gaz importantes sont observées. Le mélange gazeux est en trÚs large majorité composé de CO2, issu de la combustion intense. Comme autres produits de combustion, du CO est mesuré (en quantité 30 fois inférieure) et du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. D?autres gaz et COV plus spécifiques sont détectés, on pourra citer le méthane (CH4), le fluorure d?hydrogÚne (HF), le dihydrogÚne (H2), le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que des traces de benzÚne (C6H6), de propane (C3H8) et parfois de chlorure d?hydrogÚne (HCl). Le mélange gazeux observé n?est pas inflammable contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Li- ion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réaction fumigÚne sans feu violent parait impossible. L?aspersion d?eau modifie cependant sensiblement ce mélange gazeux. En effet, s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) a été détectée pour la premiÚre fois dans ces conditions. L?extinction à l?eau peut expliquer la formation de ces gaz inflammables et/ou pyrophoriques. Ces essais ont aussi été l?occasion d?évaluer les émissions particulaires émises dans les fumées et à proximité des batteries. - Dans les fumées, le flux de particules est estimé de 6.1014 particules/s, au pic de réaction d?un module. Ces particules ont un diamÚtre "médian" compris entre 81 nm et 190 nm selon les essais. Beaucoup de ces particules sont d?origines organiques (goudron, suies, ?) et une analyse élémentaire des prélÚvements sur filtres permet de démontrer un enrichissement marqué en lithium, en phosphore et en fluor ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre, fer et aluminium. Une pseudo quantification trÚs approximative permet de donner les ordres de grandeur d?émission de ~290 g de lithium, ~230 g de phosphore et ~60 g de soufre par module. - A proximité de l?échantillon, les meilleurs traceurs des émissions sont, de loin, le lithium et le fluor. Des traceurs organiques de type PCB et PCDD/F peuvent être identifiés On pourra retenir les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169 et le 2,3,7,8 TCDF. Les analyses révÚlent également l?absence de HAP. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 185 sur 200 ? D'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique Lors de cette campagne, des essais ont été réalisés visant à évaluer l?efficacité et les conséquences d?une extinction à l?eau d?un feu naissant (deux ou trois modules en emballement). Nous concluons que le sprinklage a permis de ralentir la propagation entre caisses superposées sans toutefois l?empêcher. Le sprinklage a aussi pu avoir un impact positif sur la propagation horizontale au sein d?une même caisse puisqu?il a permis d?arrêter la propagation entre modules au sein de la caisse. Les essais réalisés ne permettent pas de conclure formellement sur la possibilité de propagation vers une caisse située au- dessous de la caisse en emballement mais les coulées de métal en fusion restant plusieurs dizaines de minutes à plus de 1000 °C laissent penser qu?une propagation rapide aura lieu. L?extinction à eau, semble donc pouvoir être recommandée sur ce type de feu. Même s?il est clair que cela ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration propice (empilement par deux comme ici testé par exemple), elle peut permettre de limiter la propagation de l?incendie. Si elle intervient dans un délai plus long, l?arrêt de la propagation ne peut pas être garantie par les essais réalisés mais elle sera vraisemblablement bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Il y a cependant des contreparties à prendre en compte : la projection de métal en fusion ; la production de gaz toxiques et inflammable (CO, H2, ?). Aussi une fois la phase intense de l?incendie terminée il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables. Aussi, il est recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées. ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage) Ces conclusions, transposées à des conditions de stockage en entrepÃŽt montrent que les distances d?effets associées à l?incendie d?un tel entrepÃŽt atteindraient des valeurs jusqu?à 5 fois celles observées sur des entrepÃŽts de produits courants. Elles montrent également que la tenue mécanique des murs REI120 serait compromise en cas de stockage de palettes à proximité du mur (quelques mÚtres) au regard des températures atteintes (de l?ordre de 1400 °C). Le débit calorifique de l?incendie atteindrait des valeurs trÚs importantes (plusieurs dizaines de GW pour des durées d?incendie limitées (possiblement inférieure à 1 h). ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants Afin de préciser si les moyens de protection utilisés dans les derniÚres heures d'extinction permettent de protéger convenablement les intervenants et aprÚs des observations préliminaires de réactivité des résidus d?essais, des essais de détermination de l?hydro réactivité, suivant l?épreuve N.5 du Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU (ST/SG/AC.10/11/Rev.8) ont été réalisés sur le résidu de combustion de batteries prélevé « Tel Quel » et permettent de conclure que : ? Un fort dégagement gazeux a été observé systématiquement pour chaque phase de l?épreuve dans les conditions d?essais, et une inflammation immédiate et vive des gaz générés a été mise en évidence lors des tentatives d?inflammation à l?aide d?une flamme produite par un brûleur à gaz (à distance d?environ 30 cm minimum) ; ? Des débits de gaz allant jusqu?à environ 576 L/h.kg en débit maximal sur 1 h ont été mesurés ; ? Le résidu de combustion est donc considéré comme étant hydro réactif. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 186 sur 200 Cette réactivité conduisant à des émissions de chaleur et de gaz toxique/inflammable/pyrophorique que sont l?acétylÚne (C2H2), la phosphine (PH3) et probablement le dihydrogÚne (H2). Cette réactivité est expliquée par la présence de Li3P, de Li2C2 et de lithium métal dans les résidus. Ceci rend, dans les derniers moments de l?extinction, et plus généralement la gestion post accidentelle complexe et nécessitant une protection adéquate de intervenants. Enfin cette étude connait certaines limitations et d?autres études pourraient être nécessaires afin de mieux définir les conditions de stockages optimales de ces modules. L?ensemble des modules testés étaient complÚtement chargés (SOC 100 %) or il est reconnu qu?une réduction de l?état de charge permet de diminuer la réactivité des batteries Li-ion, l?influence de l?état de charge pour des batteries Li-métal reste à déterminer. Les essais de cette campagne ont eu lieu à température ambiante. Etudier l?effet d?une réduction de température sur la possibilité de ces modules à réagir et sur les possibilités de propager revêt un intérêt, d?autant plus que des dérogations au transport pour des modules endommagés ont été émises sous cette condition. Nous noterons aussi la possibilité d?extrapolation de certains de ces résultats à d?autres batteries contenant du Li-métal à l?anode, ce qui semble être l?option favorisée par les constructeurs automobiles dans leurs feuilles de route à l?horizon 2035, particuliÚrement dans le cas des batteries dites tout solides. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 187 sur 200 18 Annexes Liste des annexes : - Annexe 1 : Courriel de demande du BEA-RI ? 1 page ; - Annexe 2 : Méthodes expérimentale ? 6 pages ; - Annexe 3 : Protocole de chauffe rapide localisée ? 3 pages ; - Annexe 4 : Méthode de mesure du débit calorifique et de la chaleur de combustion ? 2 pages. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 188 sur 200 Annexe 1 : Courriel de demande du BEA-RI ? 1 page Mission conjointe BEA-RI - INERIS Le BEA-RI a décidé le 17/01/2023 d?ouvrir une enquête sur l?évÚnement survenu le 16/01/2023 au sein de l?entreprise SAS HIGHWAY France Logistics située à Grand-Couronne (76). Deux enquêteurs du BEA-RI se sont rendus sur site. Selon les premiers éléments de l'enquête, l'incendie qui s'est produit semble avoir mis en cause des modules de batteries de type LMP. Dans la continuité des constats dressés lors de cette visite, nous souhaiterions mobiliser l?expertise de l'INERIS, dans le cadre de sa coopération avec le BEA-RI, pour évaluer le rÃŽle qu'aurait joué ces modules dans l'occurrence et le développement de l'incendie. En pratique, il est demandé à l'INERIS de réaliser des essais sur des modules ou sur des cellules électrochimiques en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dit à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ; ? D'étudier les mécanismes de propagations de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. ? D'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisé dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage); ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés ; ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ces essais seront réalisés à partir d'éléments qui auront été récupérés par le BEA-RI auprÚs de l'industriel. Nous souhaiterions pouvoir disposer de vos conclusions au travers d?un rapport (au format pdf) selon un calendrier qui sera défini entre vos équipes et les enquêteurs en charge de l?affaire. Fait à la Défense, le 22/05/2024 Laurent Olivé Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 189 sur 200 Annexe 2 : Méthodes expérimentales ? 6 pages Static crush Y Static crush Z Essai le 11/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2- 20151 ±100 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2- 20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure Flux radiatif Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement flux HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Essai le 23/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2-20151 ±100 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2-20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure Flux radiatif Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement flux HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 190 sur 200 Nail Chauffe localisée module Chauffe localisée cellule Essai le 27/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2- 20151 ±10 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2- 20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Essai le 29/11/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±100 V ±0,2% 10/01/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC Hioki LR8532 230108389 M-A2- 21896 0/+1350°C ±1 °C 10/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1,4) Enregistrement température Pyro Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Essai le 16/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM M1609KB 9E5001426 M- A2-20019 -100/+1300°C ±0,72 °C 08/04/2024 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 191 sur 200 Flux radiatif Feu caisse Essai le 23/11/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±100 V ±0,2% 10/01/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA Enregistrement température TC Hioki LR8532 230108389 M-A2- 21896 0/+1350°C ±1 °C 10/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Essai le 22/03/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 1) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 192 sur 200 Propagation Feu caisse + sprinklage Essai le 07/03/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 M1609KB 9E5001426 M- A2-20019 M1609KB 9E500F127 M- A2-20161 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 31/01/2023 31/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Essai le 16/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 09/04/2024 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 -100/+1300°C ±0,72 °C 09/04/2024 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 193 sur 200 Propagation + sprinklage Note 1 : L'incertitude sur la valeur de température vient plutÃŽt de la méconnaissance de l'émittance qui dans cette étude a été fixée à 0,95. L'émittance théorique maximale étant de 1, les valeurs données dans l'étude sont vraisemblablement minorantes. On estime ainsi une précision de la mesure de l'ordre de 10 %. Note 2 : Acheté conforme, classe 1 utilisée pour 1 seul essai. Note 3 : Livré calibré, utilisé moins de 1 an ou dÚs qu'exposé à un flux trop élevé (valeur crÚte dépassée). Note 4 : L'incertitude des valeurs relevées par le pyromÚtre est de 0,5 % + 1 K. Note 5 : ContrÃŽle avec une masse étalon de 20 kg. Utilisée pour estimer la perte de masse et non pas la masse de l'échantillon. Pour l?ensemble des essais : - Analyse de gaz en continu : Le prélÚvement est fait selon les rÚgles de l?art et compatible avec la norme ISO 19702, incluant notamment une température de 180°C pour la ligne de prélÚvement (filtration et ligne de transfert). D'aprÚs notre expérience, la répétabilité des mesures de gaz, en tenant compte de l'échantillonnage et de l'analyse pour ce type de mesure, est de l'ordre de 5 à 15 % selon le gaz. Pour le HF et certains carbonates, malgré les précautions prises pour limiter la perte de signal, en raison de sa forte réactivité, une partie du signal peut être perdue dans la ligne d'échantillonnage et le filtre, ce qui peut entraîner une sous-estimation supplémentaire. o FTIR Nicolet IS50, cellule chemin optique 2 m, volume 200 ml. Gamme spectrale 650-4200cm-1, l?analyse se fait aussi à cette température. Etalonnage de chaque gaz sur un minimum de 5 points sur la gamme d?analyse. Pour les gaz n?ayant pas une réponse linéaire, le nombre de points peut être conséquent (jusqu?à 40 valeurs par ex) pour ne pas rajouter d?erreur de linéarisation pendant l?étalonnage. Les différentes concentrations d?étalonnage sont produites par dilution d?un mélange gazeux étalon ou par génération de vapeurs via une valise de calibration (cas des substances liquides à température ambiante). Essai le 04/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 M1609KB 9E500F127 M- A2-20161 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 31/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 194 sur 200 o O2 : Analyseur Servomex avec cellule paramagnétique ? modÚle Xentra 4100. o CO/CO2 : Analyse par technique NDIR ? Siemens Ultramat23 et Servomex Xentra 4100. o HCT : Analyseur par technique FID (flame ionisation detector) de marque JUM modÚle 3-800. o H2 : SpectromÚtre de masse INFICON modÚle LDS3000. L?ensemble de ces analyseurs (hormis le FTIR) est contrÃŽlé à l?aide de mélange gazeux étalons avant chaque essai. (CO/CO2/O2, H2 et propane (analyseur FID). Une redondance entre la mesure de CO et CO2 entre les analyseurs et le FTIR permet également un contrÃŽle de la cohérence des mesures. - Calorimétrie OC et CGD : En plus des 5 à 10 % d?erreurs sur la mesure des gaz (O2, CO2, CO), sur ce type d'incendie et à cette échelle, notre estimation de la précision du taux de dégagement de chaleur prévisible se situe entre 15 % et 20 %20. O. Willstrand et al. estiment quant à eux une incertitude inférieure à 10 % pour des batteries Li-ion21 et précisent que l?erreur va dans le sens de la sous-estimation. Ces valeurs sont cohérentes avec des techniques similaires de calorimétrie de feu, où la charge de feu est en grande partie inconnue ou variable dans le temps22. Outre cette précision intrinsÚque, dans le cas d'un incendie de batterie, la perte de chaleur due à un processus électrique (chauffage par effet joule) ou chimique (décomposition exothermique du sel et d'autres composants inorganiques) ne peut pas être prise en compte dans le calcul et peut représenter jusqu'à 1/3 de l'énergie thermique totale libérée en supplément23. Il est vrai que le cas des feux de métaux est particulier mais, le Li-métal représente moins de 10 % de la masse d?un module, l?impact sur la mesure globale reste limité et aucune méthode de calorimétrie exploitable à grande échelle ne permet, à notre connaissance, de prendre en compte la contribution du feu de métal au dégagement d?énergie. Le choix de préférer d?exploiter les résultats obtenus par la méthode OC par rapport à CDG est justifié par la moindre variation de coefficients selon le combustible et par le fait que la combustion du Li n?émet pas de carbone mais consomme de l?oxygÚne. Willstrand et al. abondent dans ce sens dans ?Fire safety journal? en 2024 : « Les variations relativement faibles du dégagement de chaleur par unité de masse d'oxygÚne consommée pour différents combustibles rendent cette méthode largement acceptée pour les mesures du HRR lors d'essais au feu. Une méthode similaire, la calorimétrie de génération de dioxyde de carbone (CDG), est basée sur la production de CO2 au lieu de la consommation d'O2. Cependant, le dégagement de chaleur par unité de masse de CO2 produit varie comparativement plus entre les différents combustibles ». - - Pour les eaux d?extinction, gaz et les particules en discontinu : sauf exception, ces mesures ne sont pas utilisées en quantitatif mais en qualitatif et comme identification de traceurs. Les LQ sont précisées dans le rapport. 1. S. Brohez C. Delvosalle G. Marlair A. Tewarson in Proceedings of the 13th International Congress of Chemical and Process Engineering (2nd Symposium on Environmental and Safety Engineering, CHISA 98), Paper. 12 (Citeseer). 2. Ola Willstrand, Mohit Pushp, Haukur Ingason, Daniel Brandell ; Uncertainties in the use of oxygen consumption calorimetry for heat release measurements in lithium-ion battery fires, Fire Safety Journal, 2024 3. R. Bryant, M. Bundy, the NIST 20 MW Calorimetry Measurement System for Large-fire Research (NIST Technical Note TN 2077) National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD (2019) 4. R.E. Lyon, R.N. Walters Energetics of lithium ion battery failure J. Hazard. Mater., 318 (2016), pp. 164- 172, 10.1016/j.jhazmat.2016.06.047 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 195 sur 200 Annexe 3 : Protocole de chauffe rapide localisée ? 3 pages Extraits de la série 05 du R100, adoptée en GRSP en décembre 2024 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 196 sur 200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 197 sur 200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 198 sur 200 Annexe 4 : Méthode de mesure du débit calorifique et de la chaleur de combustion ? 2 pages Il est d'usage depuis le début des années 80 de mesurer le débit calorifique des incendies (ou puissance thermique dégagée, ou HRR en anglais pour heat release rate) par des méthodes dites de calorimétrie incendie, basées sur les bilans matiÚres effectués sur les gaz émis en s'appuyant sur les lois de la thermochimie qui permettent de relier l'énergie théorique dissipée et la consommation ou production d'espÚces chimiques associées à une combustion : a) calorimétrie basée sur la consommation d'oxygÚne, méthode dite OC (Oxygen consumption) : il a été démontré (principe de Thornton) que pour la plupart des matiÚres combustibles carbonées, la consommation d'1 kg d'O2 correspond à la production de 13,1 MJ d'énergie : ce facteur calorimétrique est un coefficient moyen, et en pratique on tient compte des pertes liées aux émissions de composés imbrûlés (CO notamment) et d'autres facteurs de correction ; b) le principe CDG (Carbon dioxyde production) permet de relier cette même grandeur (HRR) aux débits de production d'oxydes de carbone (CO + CO2). Ces méthodes permettent de s'affranchir des contraintes liées à l'établissement d'un bilan thermique conventionnel (mesures des différentes pertes par convection, conduction et rayonnement), quasiment impossible en pratique à appliquer dans un essai feu. Les études publiées sur le niveau de précision de ces méthodes alternatives fait valoir des précisions variables allant de +/-5% pour des feux "simples" (ex. feu de nappe de solvant) menés sur appareillages de laboratoire (calorimÚtre de Tewarson, échelle 10 à 100 g) à des précisions de l'ordre de 15/18 % sur des feux complexes, tridimensionnels (cas présent) ou des expérimentations à grande échelle (échelle de 10 kg à 1000 kg). La détermination du débit calorifique (HRR) ne préjuge donc pas du mode de transfert thermique de la chaleur dégagée par unité de temps ; les pertes par conduction sont généralement négligeables dans les scénarios pris en compte en ingénierie du feu. Dans le cadre de l?essai réalisé, le HRR a été calculé en utilisant la méthode b), suivant le principe CDG selon l?équation (1) suivante : (éq. 1) Avec : CDG q? : débit calorifique ou heat release rate (kW ou kW/m2), 2 0 COm? : débit massique de production de CO2 initial (g/s), 2COm? : débit massique de production de CO2 au cours de la combustion (g/s), : débit massique de production de CO au cours de la combustion (g/s), 2COE : quantité d?énergie libérée par unité de masse de CO2 générée = 13,3±11% kJ/g de CO224, : quantité d?énergie libérée par unité de masse de CO générée = 11,1±18% kJ/g de CO. 24 Biteau, H., et al., Calculation Methods for the Heat Release Rate of Materials of Unknown Composition. Fire Safety Science, 2008. 9: p. 1165-1176. ? ?2 2 2 0 CDG CO CO CO CO COq E m m E m eq? ? ?? ? ? ? ????? COE Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 199 sur 200 La chaleur de combustion généralement exprimée en MJ/kg ou kJ/g est la quantité de chaleur produite durant la phase de combustion. Elle est calculée par l?intégration de l?aire sous la courbe HRR ; la chaleur de combustion totale dissipée est alors déterminée. En revanche, une limitation de la technique utilisée est le fait que l?énergie électrique stockée libérée pendant l?essai n?est pas directement accessible par la calorimétrie incendie, car non liée à des réactions thermochimiques (effet Joule). 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 P a g e 62 | 62 Bureau d?enquêtes et d?Analyses sur les Risques Industriels MTE / IGEDD / BEA-RI Tour Séquoïa 92055 La Défense Cedex +33 1 40 81 21 22 bea-ri.igedd@developpement-durable.gouv.fr https://www.igedd.developpement- durable.gouv.fr/bea-ri-r549.html INVALIDE) (ATTENTION: OPTION sin dans la même caisse, potentiellement situé en bord. Plus visible depuis l'allée et dans une caisse qui a été en partie détruite par le feu, les effets de ce second emballement sont plus visibles. Au regard de ces éléments, le BEA-RI privilégie l'hypothÚse que les premiÚres flammes sont la conséquence de l'emballement thermique d'un module. Concernant le départ spontané du module, il n'a pas été possible de déterminer la cause premiÚre de l'emballement. Une des difficultés d'établir le lien de causalité entre un défaut ou une agression externe et l'emballement thermique est le caractÚre différé du mécanisme d'emballement mis en évidence dans les essais. On ne peut donc exclure que l'agression initiale ou le défaut se soit produit ou formé plusieurs heures avant le déclenchement de la réaction. L'autre difficulté tient au résultat des essais à proprement parler. L'essai mécanique a permis de montrer qu'un tel phénomÚne était tout à fait plausible sur un module à température ambiante ayant subi une agression externe (chute, chute d'objet sur la caisse, coup de fourche). Concernant l'hypothÚse du court- circuit interne, plusieurs essais ont été réalisés. Si les résultats obtenus (absence d'emballement 40 L'essai de compression a permis de constater que l'emballement thermique peut se produit sans aucun signe annonciateur, puisque l'emballement thermique s'est produit soudainement, sans montée en température visible, sans dégagement de fumée ou de gaz. Les fumées perceptibles lors des autres essais ne sont pas attribuées au module mais à la montée en température des adhésifs (utilisés pour fixer le dispositif d'allumage). Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 50 | 62 thermique à l'essai clou) montrent une bonne tenue de la cellule LMP à ce type d'agression, ils ne peuvent permettre d'exclure à eux seuls cette éventualité. L'essai de chauffe localisé ne permet pas de prouver que le court-circuit interne est possible, il permet tout au plus de constater qu'un effet joule trÚs localisé suffisamment intense permet de déclencher l'emballement thermique. Ces essais permettent d'établir que l'emballement spontané du module, dans des circonstances particuliÚres, est une hypothÚse qui ne peut être exclue. Les essais apportent enfin la certitude qu'il suffit de l'emballement thermique d'un module pour provoquer l'incendie généralisé de la cellule. Le phénomÚne d'emballement est particuliÚrement violent et rapide, les températures atteignent les 1600°C en quelques secondes et les fumées produites sont importantes. Il était impossible pour un opérateur d'intervenir sur l'origine du foyer avec les moyens d'extinction dont il disposait. Les essais ont montré que le phénomÚne d'emballement thermique s'accompagne de flammes et de projections de métal en fusion potentiellement dangereuses pour les primo-intervenants s'ils ne disposent pas de tenue de protection adaptée et d'une formation spécifique. Il est donc possible d'affirmer qu'une fois déclenché, le phénomÚne d'emballement se propage de module en module et met le feu aux matiÚres combustibles présentes à proximité. La propagation est facilitée par les phénomÚnes de projections dans le voisinage immédiat et par les coulées de métal en fusion sur les caisses des racks inférieurs. Le déclenchement du systÚme d'extinction automatique qui intervient 2 minutes aprÚs l'alerte n'a tout au plus pour effet que de ralentir la propagation de l'incendie sans la stopper. Il en aurait été peut-être autrement si l'emballement thermique s'était produit sur une caisse située au sommet d'une pile et exposée directement à l'eau41. En tout état de cause, l'eau projetée à ce stade n'a pas eu d'effet aggravant sur le développement de l'incendie (essais de propagation avec sprinklage42). Le feu produit par la combustion des emballages et des autres produits stockés, que nous qualifierons de conventionnel (par opposition aux phénomÚnes d'emballement thermique), peut également faire entrer les modules encore intacts en emballement thermique. Les essais ont montré que pris dans un incendie, les modules partent en emballement thermique en quelques minutes (10 minutes dans un feu classique). Les températures produites sont maintenues à des niveaux trÚs élevés (au-delà des 1200°C) ce qui provoque l'affaiblissement des racks et leur effondrement. Concernant les explosions constatées à l'arrivée des pompiers, aucun des essais réalisés par l'INERIS n'a donné lieu à des phénomÚnes d'explosion tels que ceux constatés le jour de l'intervention. Les essais ont 41 L'aspersion directe d'eau ayant permis dans un des essais de stopper la propagation de module à module au sein d'une même caisse de transport. 42 Rapport INERIS Annexe I Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 51 | 62 permis de constater que l'emballement thermique d'un module s'accompagne de projections de métal en fusion dans un rayon de quelques mÚtres sans atteindre des hauteurs importantes. Cela peut s'expliquer par le fait que les modules, bien que scellés, sont équipés d'un disque de rupture et fondent rapidement sous l'effet de la chaleur produite. Les gaz inflammables produits par les réactions exothermiques sont, compte-tenu des températures atteintes, brûlés instantanément. Les enquêteurs ont donc recherché d'autres causes possibles de ces projections. L'état des stocks communiqué dans le cadre de l'enquête par la société Bolloré Logistics mentionne la présence d'un millier de dispositifs d'airbags au sein de la cellule le jour de l'incendie. La majeure partie de ces dispositifs était stockée sur des racks où étaient également stockées en partie basse les caisses de modules. Les dispositifs pyrotechniques étaient donc directement exposés aux flux thermiques générés par l'incendie des modules. Ainsi les essais invalident l?hypothÚse que les projections observées à grande hauteur dans les panaches de fumées puissent être dues aux modules. En revanche, la présence des dispositifs d'airbag peut en être à l'origine. Cela limite également l'implication des modules dans le franchissement du mur intercellules par projections aux seuls modules placés suffisamment haut et proche du mur dans les racks pour que les projections produites puissent franchir le mur. Le franchissement du mur intercellules 1-2 peut avoir plusieurs explications : retombées de projections par un des exutoires de fumées ouvert, passage des fumées et des gaz de combustion qui parviennent à traverser le mur intercellules 1-2 soit par la zone supérieure du mur à la jonction avec la toiture (qui est particuliÚrement exposée et dégradée) soit par les dégradations produites par l'incendie (passage de canalisation, portes coupe-feu endommagées) soit par conduction de la chaleur par les canalisations traversantes. Au final, lorsque le feu se déclare dans la cellule n°2, la défense incendie par sprinkler n'est plus opérationnelle et le feu peut se développer. Concernant l'incendie de la cellule 3, le franchissement du mur intercellules 2-3 n'a pas fait l'objet d'investigations spécifiques. Les enquêteurs ont pu relever que les désordres constatés sur le mur intercellules 3-2 sont similaires à ceux constatés entre le mur intercellules 1-2 (importante dégradation de la poutre supérieure et perte de l'étanchéité aux fumées, éclatement du béton autour des passages de canalisations qui tendent à confirmer une montée en température de ces derniÚres). VI.2 Facteurs contributifs Les facteurs contributifs sont des éléments qui, sans être déterminant, ont pu jouer un rÃŽle dans la survenance, l?atténuation ou l?aggravation de l?événement. VI.2.1 L'absence de dispositif de confinement du phénomÚne d'emballement thermique Le développement de l'incendie a pu être possible en raison de l'absence de dispositif qui aurait empêché ou ralenti la propagation du phénomÚne à plusieurs niveaux. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 52 | 62 Le rapport produit par l'INERIS met en évidence qu'à l'échelle de la cellule électrochimique, il "n'y a pas de différence fondamentale entre les technologies Li-ion et LMP43" en termes de débit calorifique mesuré. En revanche, à l'échelle du module, le débit calorifique d'un module peut notablement varier, du fait notamment de l'absence de séparation physique entre cellules qui permet une propagation plus rapide dans le cas du module LMP testé. Il en est donc de même à l'échelle de la caisse de transport ou du rack de stockage au sein desquels aucun dispositif n'est prévu pour empêcher ou ralentir la propagation de module à module qui peut se faire à des cinétiques élevées. VI.2.2 La cinétique de propagation Les essais réalisés ont permis d'évaluer la vitesse avec laquelle l'incendie a pu se propager aux caisses puis aux racks voisins probablement plus rapidement vers les racks accolés dos à dos. Les essais ont permis de voir qu'il fallait en moyenne 90s pour que, dans une même caisse de transport, le phénomÚne d'emballement thermique se communique au module voisin et 3min30 s pour un module situé sur la palette du dessus. La figure 6 ci-dessous permet de visualiser une propagation théorique au cours des 10 minutes qui suivent le premier emballement de module. Figure 6 : Propagation théorique du phénomÚne d'emballement thermique dans une configuration de stockage en rack telle qu'elle était pratiquée dans l'entrepÃŽt. Le premier module qui entre en emballement thermique est repéré par une étincelle rouge. Les modules entrés en emballement thermique sont représentés en rouge. Ce résultat est obtenu au bout d'une durée de 10 minutes pour une caisse de 7 modules, en tenant compte des résultats des essais de propagation. Le nombre de modules dépend de l'emplacement du premier module défaillant et du nombre de modules dans la caisse. Cette propagation théorique modélisée sur une palette à partir de l'emballement thermique d'un module ne tient pas compte d'autres éléments qui vont avoir pour effet d'augmenter la vitesse de 43 Rapport Ineris "12-1 Comparaison avec un feu de batterie Lithium" Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 53 | 62 propagation : projections, coulées de métal en fusion, effondrement des racks sous l'effet de la chaleur et chute des modules vont faciliter les départs emballements thermiques de modules. Rappelons également que 10 min c'est également le délai de déclenchement d'emballement d'un module pris dans un incendie conventionnel. Peuvent donc être concernés les modules non adjacents mais situé au droit des flammes. VI.2.3 L'absence de procédure d'intervention sur des départs d'incendie Les opérateurs qui travaillaient dans la cellule exploitée par Bolloré Logistics disposaient d'une formation, classiquement dispensée dans le domaine de la logistique, du maniement d'appareils d'extinction (extincteur et RIA) et de l'évacuation. En l'absence de protocole clair et de moyens de protection et d'intervention, il était impossible pour les opérateurs d'intervenir, dans les premiers instants, efficacement et sans se mettre en danger. VI.2.4 L'absence d'un systÚme d'extinction adapté aux marchandises stockées Les essais produits par l'INERIS ont montré que le systÚme d'extinction, compte-tenu du mode de stockage, ne pouvait empêcher l'embrasement généralisé de la cellule. En revanche, ces mêmes essais ouvrent des perspectives en matiÚre de dispositif de lutte contre ce type d'incendie notamment par un usage adapté du sprinklage. VI.2.5 La quantité de modules stockés L'ampleur, la durée et les conséquences de l'incendie de la cellule 1 sont directement liées à la quantité de modules qui était présente dans la cellule, elle-même étant la conséquence de l'absence d'écoulement du stock de modules usagés. VI.2.6 L'absence d'un systÚme d'extinction opérationnel sur l'incendie des autres cellules Dans la cellule 2 (et plus tard dans la cellule 3), l'incendie n'a pas été ralenti ou stoppé dans son développement dans la mesure où le systÚme d'extinction automatique n'était plus opérationnel au moment où le premier foyer y est apparu. Cette indisponibilité a nécessairement joué un rÃŽle dans la propagation de l'incendie aux cellules 2 et 3 en privant les services de secours d'un moyen d'extinction fixe. Il est important de noter que le systÚme d'extinction aurait été efficace uniquement pour le premier départ d'incendie. En effet, la stratégie d'extinction repose sur l'hypothÚse que l'incendie démarre en un seul point et que tous les moyens sont mobilisés pour éteindre le premier foyer. Du fait de la durée d'incendie de la cellule 1 puis de la cellule 2, il est tout à fait possible d'imaginer qu'il se serait produit plusieurs propagations dans le temps. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 54 | 62 VI.2.7 La présence de produits combustibles et explosifs dans la même cellule La cellule contenait des produits combustibles et des produits explosifs. Leur présence a contribué au développement rapide et violent de l'incendie dans la cellule. En outre, le BEA-RI retient que les dispositifs d'airbag ont probablement joué un rÃŽle dans la formation des phénomÚnes d'explosion et de projections qui ont été constatés à l'extérieur de la cellule au cours de la premiÚre heure d'intervention des services de secours du SDIS. VI.2.8 Des difficultés opérationnelles La présence de la ligne haute tension au sud de l'entrepÃŽt a constitué une gêne dans le déroulement des opérations de secours. Le BEA-RI considÚre néanmoins que la présence d'un deuxiÚme bras élévateur au sud n'aurait pas permis d'éteindre l'incendie de la cellule 1. En outre, compte-tenu de la portée des moyens mobilisés, la largeur de l'entrepÃŽt, la présence des locaux de bureau et les flux thermiques générés ont constitué des contraintes fortes qui n'ont pas permis de positionner les engins au plus prÚs du bâtiment à protéger et qui ont limité l'efficacité de l'intervention. VI.2.9 Le défaut d'étanchéité des murs intercellules L'examen des murs intercellules permet de constater que les murs ont particuliÚrement souffert lors de l'incendie (défaut d'étanchéité en partie haute entre les éléments du mur et la poutre supérieure, passage de canalisations qui ont chauffé, endommagement de la porte coupe-feu, trou formé par un projectile). Ces dégradations consécutives à l'incendie ont pu favoriser la diffusion des fumées et des gaz d'incendie et la propagation de l'incendie. VII. Enseignements de sécurité VII.1 Emballement des batteries LMP en sommeil L'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 et les tests réalisés par l'INERIS démontrent que même lorsque la batterie LMP est à température ambiante, c?est-à-dire que son électrolyte est solide (donc moins conducteur), des défauts internes ou des agressions externes peuvent initier un emballement thermique. VII.2 Caractéristiques d'un emballement thermique de batterie LMP L'emballement thermique de la batterie LMP est un phénomÚne qui s'apparente à un feu de métaux. Il est soudain et n?est précédé d'aucun signe de mécanisme réactionnel. Pris dans un incendie, un module LMP entre en emballement thermique au bout de 10 min environ. Cet emballement s'accompagne de la formation de flammes de forte émittance et de projections de métal en fusion. Les températures atteintes oscillent autour des 1600°C ce qui explique la formation de coulées de métal en fusion. Les projections et les coulées de métal en fusion ainsi que les forts rayonnements générés favorisent la propagation du phénomÚne dangereux et le développement de l'incendie. L?énergie de combustion Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 55 | 62 spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure en comparaison avec ce qui a pu être déjà observé à l?INERIS sur des cellules Li-ion NMC. Hormis la premiÚre explosion de faible ampleur attribuée à la rupture du disque de rupture présent sur le module, aucun phénomÚne d'explosion de module LMP n'a été observé au cours des essais réalisés44. VII.3 Les fumées d'incendies de module LMP Sur le plan quantitatif, l'incendie de modules LMP produit des quantités importantes de fumées qui ont pu être observées lors de l'exploitation des images de vidéo surveillance et être corroborées par les essais. L'exploitation des résultats d'essai montrent que les débits surfaciques45 sont multipliés par 4 par rapport à un incendie de pneumatiques ce qui nécessiterait d'adapter les normes applicables en matiÚre de désenfumage. Sur le plan qualitatif, les analyses de fumées réalisées dans le cadre des essais montrent que les fumées produites par l'incendie de modules de batteries présentent un potentiel toxique comparable à un incendie de pneumatiques. VII.4 Les gaz produits en phase de déclin de l'incendie Les gaz produits par l'emballement thermique d'un module sont essentiellement du CO2 et dans des proportions moindres du CO et du NO. D'autres gaz sont mesurés de maniÚre marginale (HF, SO2, H2, CH4). L?aspersion d?eau modifie sensiblement la composition des émissions. En effet, s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) fait son apparition. Une modélisation a été produite par l'Ineris dans le cadre du rapport pour évaluer l'impact potentiel de cette production de phosphine. Sur la base d'hypothÚses majorantes (superficie de 3 000 m² de résidus de batteries prises dans l?incendie, équivalent à une demi cellule, arrosage de la totalité de déchets) les modélisations donnent des distances d'effet irréversible à 250 m. Ces résultats conduisent le BEA-RI à tirer les enseignements de sécurité suivant : ? En plus d'être toxique, la phosphine est un gaz inflammable dont la température d'auto- inflammation est de 38°C, sa dispersion dans l'air ne peut s'envisager que lorsque la température du foyer est suffisamment basse et en présence d'eau. Les essais ont permis de constater des émissions à 84°C. ? Le seuil olfactif de la phosphine est trÚs en deçà des seuils des effets toxicologiques, son odeur d'ail ou de poisson pourri doit constituer une alerte. ? Il peut être pertinent de mettre en place une surveillance spécifique de ce gaz en phase de déclin de l'incendie surtout en cas d'utilisation ou de présence d'eau. 44 Ce constat a été réalisé sur les 26 modules qui sont entrés en emballement thermique. 45 Débit surfacique d?environ 177 g/m2/s pour un incendie de modules LMP, 40g/m2/s pour des pneus et 12g/m2/s pour des câbles électriques (Rapport Ineris point 11.2.4) Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 56 | 62 VII.5 Effet de l'extinction à l'eau Les essais n'ont pas permis de mettre en évidence d'incompatibilité forte quant à l'usage de l'eau à des fins d'extinction. D'aucune utilité sur un module en cours de réaction, elle peut permettre de limiter la propagation de l?incendie si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration adaptée. A quantité d'eau équivalente, le systÚme d'extinction testé est parvenu à stopper la propagation dans une configuration de stockage (une seule caisse) et seulement à la ralentir dans un autre mode de stockage (deux caisses superposées). Si elle intervient dans un délai plus long, elle peut également s?avérer bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Ce retour d'expérience confirme que l'eau peut être utilisée quelle que soit la technologie de batterie lithium. En revanche, concernant les batteries lithium métal, une fois la phase intense de l'emballement thermique passée, l'arrosage à l'eau des résidus peut s'avérer contreproductif compte-tenu de la production de gaz toxiques et inflammables (cf. VII.3). VII.6 La modélisation d'un incendie de cellule de stockage de batteries Le BEA-RI a demandé à l'Ineris de modéliser, sur la base d'une cellule de stockage théorique, l'impact en termes de zones d'effets, du changement d'affectation d'une cellule de stockage de produits combustible en cellule de stockage de batteries lithium. La modélisation a été réalisée à partir des résultats des essais exposés dans le cadre du présent rapport et, pour ce qui concerne les données utilisées pour modéliser le feu de cellule lithium ion, d'un travail de bibliographie46. Deux configurations théoriques de stockage ont été comparées : ? Un stockage en racks contenant des palettes type de produits combustibles (référence utilisée dans les entrepÃŽts relevant de la rubrique 1510) ; ? Un stockage en rack contenant une palette de 25 modules LMP (ce qui est cohérent avec le stockage en caisse de 7 modules sur quatre niveaux de palettes). À dispositions techniques égales, les modélisations donnent en synthÚse les enseignements47 suivant : ? "Le débit calorifique lié à l?incendie d?une palette de modules LMP est pratiquement 6 fois plus élevé que celui associé à l?incendie d?une palette classée sous la rubrique 1510" ; ? "Les températures de flamme liées à l?incendie d?un stockage de modules LMP peuvent atteindre en moyenne plus de 1400 °C et sont susceptibles de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 sous réserve que ce stockage soit situé à proximité du mur à moins d?une dizaine de mÚtres, et disposé le long du mur sur une dizaine de mÚtres minimum" ; 46 Annexe I Rapport Ineris 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion" 47 Annexe I Rapport Ineris 12.3 SynthÚse de la modélisation d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 57 | 62 ? "Les distances d?effets au seuil des effets irréversibles (SEI) associées à l?incendie d?un entrepÃŽt de 6000 m², de 13 m de hauteur et doté de murs REI120 composé d?un stockage en racks de palettes de modules LMP pourraient atteindre plus de 110 m. Les distances d?effets au seuil des effets domino (8 kW/m²) pourraient atteindre 85 m. Ces distances sont au minimum 5 fois plus élevées que celles associées à un entrepÃŽt de produits courant (rubrique 1510)" ; ? "Les besoins de désenfumage des entrepÃŽts stockant des batteries LMP pourraient être supérieures à ceux préconisés dans la rubrique ICPE1510." Le BEA-RI précise que ces résultats ont été obtenus à partir de dimensions de stockage fictives et n'ont d'autres buts que d'apporter des éléments de comparaison sur la base de configurations de stockages connues et rencontrées dans le domaine de la logistique. Ces résultats permettent d'illustrer à travers un exemple, dans quelle proportion un simple changement de nature de produits stockées peut avoir un impact sur les zones d'effet d'un incendie (y compris pour du stockage Li-ion). Les enseignements tirés des modélisations (tenue des murs, zone d'effet) ne sont pas transposables en tant que tel sur le site de l'accident dans la mesure où les hypothÚses prises pour la modélisation diffÚrent notablement de la configuration connue à Rouen. On relÚve toutefois que des éléments sont en partie vérifiés sur le mur d'enceinte de l'entrepÃŽt qui présente en façade ouest les dégâts les plus marqués, dans une zone où la quantité de modules stockés dans les racks était la plus importante (Cf. Photographie 40). Les dégradations les plus importantes sur les poutres sont constatées à l'aplomb de la zone de stockage des modules (elle correspond également à la zone où les racks ont entiÚrement fondu et représentée en rouge sur la photographie 11 page 23). On peut noter que le mur intercellules 1-2 le long duquel des modules étaient également stockés n'a pas subi les mêmes dégâts. Une des explications peut être le fait que les quantités étaient moins importantes que le long du mur de façade. Elle s'explique aussi par une meilleure tenue structurelle assurée par les poutres de la cellule 2 et les murs des façades nord et sud (poutres et murs qui étaient exposés à des intensités d'incendie moindres). Le BEA-RI précise également qu'il n'a pas mené d'expertise spécifique pour vérifier la conformité des murs aux normes usuellement utilisées (rÚgles APSAD, NFPA ou DTU par exemple) pour les concevoir. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 58 | 62 Photographie 40 : Vue de la cellule 1 et en superposition une représentation de la densité de stockage des batteries sur les différentes travées de racks. Plus la couleur est rouge plus il y a de modules dans les racks. On aperçoit la destruction partielle du mur en façade ouest à un endroit ou la quantité de batteries est importante. VIII. Recommandations de sécurité VIII.1 À destination du fabricant des batteries LMP ? Conduire une réflexion sur le conditionnement des modules au transport pour identifier, le cas échéant, des dispositifs techniques qui permettraient de ralentir la propagation de l'emballement thermique au sein d?une caisse de transport et/ou de stockage. ? Étudier l'effet du taux de charge sur les modules en termes de sensibilité à l'emballement thermique ou de comportement dans un incendie généralisé. ? Poursuivre la recherche sur la mise au point d'un systÚme d'extinction automatique adapté au mode de stockage retenu qui soit efficace pour stopper la propagation de l'incendie (Les résultats obtenus sur les essais avec sprinklage laissant entrevoir des possibilités de maîtrise de la propagation). ? Conduire une réflexion sur la sécurité du stockage de ses propres batteries. Cette réflexion devra aboutir à des préconisations en matiÚre de quantités maximales stockables par cellule compte- tenu des distances d'effets générées, de distances d'exclusion vis-à-vis des murs coupe-feu, Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 59 | 62 d'îlotages et de hauteurs de stockage, de dimensionnement de la détection incendie du systÚme d'extinction automatique et du désenfumage. ? Compléter la fiche de données de sécurité pour préciser le caractÚre hydroréactif des résidus de combustion et la production de phosphine en présence d'eau. ? Établir et diffuser auprÚs des utilisateurs et des services de secours publics un protocole d'intervention en cas de départ d'emballement thermique sur un module pour prévenir le risque de propagation, gérer la phase d'extinction (avec en particulier la question des émissions de phosphine) et maîtriser les risques liés à l'élimination des résidus. ? Définir une procédure de gestion des modules qui ont été choqués ou endommagés en tenant compte du risque d'emballement thermique différé dans le temps. VIII.2 À destination de l'exploitant de l'entrepÃŽt ? Améliorer son organisation en cas de crise pour assurer ses obligations en matiÚre d'information des tiers et de collaboration avec les services de secours, notamment en leur fournissant toutes les informations pertinentes (nature des produits dangereux, plans des installations, présence et fonctionnement des moyens de lutte et de protection contre l'incendie etc.). ? Réévaluer périodiquement la pertinence des moyens d?intervention en cas de sinistre en fonction de la dangerosité des matiÚres stockées. VIII.3 À destination de l'autorité réglementaire ? Dans un contexte d'électrification des usages et des mobilités, faire évoluer la réglementation pour mieux encadrer l?implantation, les dispositions constructives, l?exploitation et la gestion en cas d'accident des sites de stockage des batteries neuves ou usagées, en fonction des typologies de batteries, compte-tenu notamment des enseignements techniques tirés de la présente enquête. Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 60 | 62 IX. Annexes Annexe 1 Rapport d'appui technique de l?INERIS à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société Highway Logistics France sur son site de Grand-Couronne (76) (ref. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2024) ..................................................................................... 61 Rapport d?enquête sur l'incendie de l'entrepÃŽt Highway France Logistics 8 à Grand-Couronne (76) le 16 janvier 2023 N° MTE-BEARI-2025-004 P a g e 61 | 62 Annexe 1 Rapport d'appui technique de l?INERIS à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société Highway France Logistics 8 sur son site de Grand-Couronne (76) (ref. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 du 25/03/2024) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 25/03/2025 Appui technique de l?Ineris à l'enquête du BEA-RI ouverte suite à l?incendie survenu le 16 janvier 2023 au sein de la société highway Logistic France sur son site de Grand-Couronne (76) BEA-RI Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 2 sur 200 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 aprÚs 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 maniÚre objective. L?utilisation du document sous forme d'extraits ou de notes de synthÚse s?effectuera également sous la seule et entiÚre 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 Incendie, Dispersion, Explosion Rédaction : BORDES ARNAUD ? LEROY GUILLAUME ? CLAUDE THEO ? BINOTTO GHISLAIN Vérification : MARLAIR GUY; LECOCQ AMANDINE; GAYA CAROLINE; DELBAERE THIERRY; LESAGE JEROME; CHAUMETTE SYLVAIN; CLAUDE THEO; QUERON JESSICA; BINOTTO GHISLAIN; FRABOULET ISALINE; PAPIN ARNAUD; RABETTE CLEMENT, TRUCHOT BENJAMIN Approbation : Document approuvé le 25/03/2025 par BOUET REMY Liste des autres personnes ayant participé à l?étude : BERTHAUD MAXIME, ENGLER JEROME, CHESNAYE ALEXANDRA, LE LORE PIERRE-ALEXANDRE, CORRADO ANTHONY, OLLIER YANNICK, BERTRAND JEAN-PIERRE, DURUSSEL THIERRY, MANIA STEPHANE, BERTHELOT BRICE, KAROSKI NICOLAS, FUVEL VINCENT, EL MASRI AHMAD Remerciements : BLUE SOLUTIONS pour la fourniture des modules et EC . CARLIER DANY (ICMCB) pour l?analyse RMN, Mössbauer et l?interprétation des analyses de résidus ; KONATE ADAMA (UTC) pour l?analyse DRX Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 3 sur 200 Table des matiÚres 1 Introduction ............................................................................................................................... 13 1.1 Déontologie ....................................................................................................................... 13 1.2 Contexte et objectifs .......................................................................................................... 13 1.3 Structure du rapport ........................................................................................................... 14 1.4 Description d?un module LMP ............................................................................................ 14 1.4.1 Electrochimie ................................................................................................................. 14 1.4.2 Intégration en module .................................................................................................... 15 1.4.3 Protocoles et méthodes expérimentales ......................................................................... 17 2 Choc/chute ................................................................................................................................ 19 2.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 19 2.2 Résultats axe Y ................................................................................................................. 20 2.3 Résultats axe Z .................................................................................................................. 27 2.4 Discussions (extrapolation à une chute, ?)........................................................................ 35 3 Défaut interne ........................................................................................................................... 37 3.1 Essai clou .......................................................................................................................... 37 3.1.1 Objectif et description du protocole d?essai ..................................................................... 37 3.1.2 Résultats ....................................................................................................................... 39 4 Autres hypothÚses non testées .................................................................................................. 42 5 Conclusions de la recherche des causes probables ................................................................... 43 6 Essai de chauffe localisée ......................................................................................................... 45 6.1 Objectif .............................................................................................................................. 45 6.2 Essai sur module ............................................................................................................... 45 6.2.1 Instrumentation et protocole d?essai ............................................................................... 45 6.2.2 Phase de chauffe avec les pads chauffants localisés ..................................................... 49 6.2.3 Pads chauffants mica ..................................................................................................... 49 6.3 Essai sur EC ...................................................................................................................... 56 6.3.1 Instrumentation et protocole d?essai ............................................................................... 56 6.3.2 Résultats ....................................................................................................................... 57 7 Comportement d?un module LMP exposé à un flux calibré (essai feu sur module) ...................... 60 7.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 60 7.2 Résultats ........................................................................................................................... 62 7.2.1 Observations ................................................................................................................. 62 7.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 65 7.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 70 7.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 71 8 Comportement d?une caisse de modules LMP prise dans un incendie (essai feu sur caisse)...... 71 8.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 71 8.2 Résultats ........................................................................................................................... 73 8.2.1 Observations ................................................................................................................. 73 8.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 76 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 4 sur 200 8.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 83 8.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 83 9 Propagation de l?emballement thermique d?un module au sein d?une caisse (essai de propagation sur caisse) ........................................................................................................................................ 84 9.1 Objectif et description du protocole d?essai ........................................................................ 84 9.2 Résultats ........................................................................................................................... 86 9.2.1 Observations ................................................................................................................. 86 9.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie ...................................................................... 89 9.2.3 Estimation de l?émittance de flamme .............................................................................. 94 9.3 SynthÚse ........................................................................................................................... 94 10 Influence du sprinklage sur l?incendie ........................................................................................ 95 10.1 Influence du sprinklage : essai de propagation caisse ........................................................ 97 10.1.1 .Observations ................................................................................................................ 97 10.1.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie .................................................................... 100 10.1.3 SynthÚse ..................................................................................................................... 106 10.2 Influence du sprinklage sur l?incendie : essai feu englobant sur caisse ............................. 107 10.2.1 Observations ............................................................................................................... 107 10.2.2 Caractéristiques de l?incendie....................................................................................... 110 10.2.3 SynthÚse ..................................................................................................................... 116 10.3 Conclusions sur le sprinklage........................................................................................... 117 11 Analyse des effluents gaz, particules et eaux d?extinction ........................................................ 119 11.1 Méthodes ........................................................................................................................ 119 11.2 Emissions gazeuses ........................................................................................................ 121 11.2.1 Essai flux radiant sur module ....................................................................................... 121 11.2.2 Essai feu sur caisse (7 modules) .................................................................................. 125 11.2.3 Influence du sprinklage sur les émissions gazeuses : essai feu + sprinklage sur caisse 128 11.3 Emissions particulaires .................................................................................................... 134 11.3.1 Particules dans les fumées .......................................................................................... 134 11.3.2 Suies projetées à proximité de l?échantillon (gaine d?extraction, parois et sol) ............... 141 11.4 Analyse des eaux d?extinction .......................................................................................... 150 12 Discussion............................................................................................................................... 153 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion .................................................................... 153 12.2 Scénario d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP ................................................. 155 12.2.1 Comparaison avec un feu de caisse « standard » (1510) et d?un feu de batteries Li-ion tel que discuté pour Flumilog........................................................................................................ 155 12.2.2 Evaluation des distances d?effets thermiques pour un incendie d?entrepÃŽt .................... 157 12.2.3 Analyse de la tenue des murs REI120 .......................................................................... 159 12.2.4 Analyse du besoin en désenfumage ............................................................................. 161 12.2.5 Evaluation des effets toxiques aigÃŒes pour un incendie d?entrepÃŽt................................ 161 12.3 SynthÚse des particularités d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP ..................... 162 13 Observations préliminaires ...................................................................................................... 164 14 Réactivité des résidus ............................................................................................................. 166 14.1 PrélÚvement .................................................................................................................... 166 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 5 sur 200 14.2 Evaluation préliminaire de la réactivité des résidus prélevés ............................................ 166 14.3 Epreuve N.5 : Méthode d?épreuve pour les matiÚres qui, au contact de l?eau, dégagent des gaz inflammables (ONU) ............................................................................................................. 168 14.3.1 Phase 1 ....................................................................................................................... 168 14.3.2 Phase 2 ....................................................................................................................... 169 14.3.3 Phase 3 ....................................................................................................................... 170 14.3.4 Phase 4 ....................................................................................................................... 171 14.4 Analyse des gaz de réaction générés lors de l?ajout d?eau sur l?échantillon ....................... 173 14.5 Risques liés à l?émission de phosphine ............................................................................ 174 14.6 Conclusions sur la réactivité des résidus .......................................................................... 175 15 Caractérisation des résidus ..................................................................................................... 176 16 Mécanismes réactionnels susceptibles de former de la phosphine ........................................... 182 17 Conclusion générale ................................................................................................................ 183 18 Annexes .................................................................................................................................. 187 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 6 sur 200 Résumé Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand- Couronne (76), qui abritait, selon l?exploitant plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal Polymer (LMP). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête. Devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, le BEA-RI a souhaité mobiliser l?Ineris (via une lettre de saisine datant du 22 mai 2024) pour évaluer le rÃŽle qu'auraient joué les modules batteries dans l'occurrence et le développement de l'incendie. L?Ineris a mis en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les causes et effets de la réaction de ces batteries. Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. De maniÚre générale, les essais menés ont permis d?appréhender le comportement des batteries LMP produites par Blue Solutions en situation abusive. Au sujet des mode de défaillance, il ressort notamment que : - Une chute ou un impact d?un module batterie stocké à température ambiante peut être à l?origine d?un emballement thermique. Une chauffe localisée visant à reproduire les effets d?un court-circuit interne amÚne également à une forte réactivité. Vis-à-vis des mécanismes de propagation de l?incendie, il ressort notamment que : - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module entre en réaction violente. - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; - Des températures trÚs élevées sont observées (1615 °C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement thermique et donc la propagation, peut affecter la tenue des structures métalliques ou en béton ; - Des coulées de métaux/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol. - Les paramÚtres de combustion ont pu être déterminés et comparés aux batteries de technologies Li-ion. Une différence sensible sur le débit calorifique (facteur 2 à 5) est observée à l?échelle module, expliquée à la fois par les propriétés intrinsÚques de la technologie et par les choix d?ingénierie faits par Blue Solutions (absence de séparation physique entre les éléments du module d?énergie 7 kWh). Au sujet de la dangerosité des substances émises, il ressort notamment que : - Lors de la combustion des modules, des émissions de gaz importantes sont observées. Le mélange gazeux est en trÚs large majorité composé de CO2, issu de la combustion intense. Comme autres produits de combustion, du CO est mesuré (en quantité 30 fois inférieure) et du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. D?autres gaz et COV plus spécifiques sont détectés, on pourra citer notamment le méthane (CH4), le fluorure d?hydrogÚne (HF), le dihydrogÚne (H2), le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que des traces de benzÚne (C6H6), de propane (C3H8) et parfois de chlorure d?hydrogÚne (HCl). Parmi ces gaz, on peut noter la présence de gaz toxiques comme CO, HF et SO2. - Le mélange gazeux n?est pas inflammable. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 7 sur 200 Au sujet de l?extinction par aspersion d?eau, il ressort notamment que : - Une extinction à eau, semble recommandable sur ce type de feu. S?il est clair qu?elle ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, elle peut permettre, dans certaines conditions de limiter la propagation de l?incendie. Aussi, une fois la phase intense de l?incendie terminée, il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables. Il est d?ailleurs recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées. - L?aspersion d?eau modifie sensiblement le mélange gazeux. En effet, si celui-ci reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz toxiques ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) également toxique a été détectée dans ces conditions. Vis à vis de la protection des intervenants jusque dans les derniÚres heures de l?extinction, il ressort notamment que : - Dans les derniÚres heures de l?extinction, les résidus de combustion sont réactifs et à même d?émettre des substances toxiques. Cela a des conséquences sur la protection des intervenants dans les derniÚres heures de l?extinction. L?analyse des résidus de combustion montre qu?ils sont hydroréactifs. Au contact de l?eau, ils produisent des émissions de chaleur et de gaz toxique/inflammable/pyrophorique tels que l?acétylÚne, la phosphine et du dihydrogÚne. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 8 sur 200 Table des figures Figure 1 : Représentation schématique de l?assemblage d?une couche de cellule LMP Blue Solutions. Source site web Blue Solutions ......................................................................................................... 15 Figure 2: Schéma simplifié (vue en coupe) de l'intérieur d'un module ................................................ 15 Figure 3 : Dimensions d?un module LMP IT, communiquées par Blue Solutions................................. 16 Figure 4 : Photographie des 6 faces d?un module LMP IT3 ................................................................ 16 Figure 5 : Axes d?écrasement des modules ....................................................................................... 19 Figure 6 : Implantation des thermocouples et des fluxmÚtres pour les essais d'écrasement ............... 20 Figure 7 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement axe Y. ................................................. 24 Figure 8 : Données enregistrées durant la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y....................... 25 Figure 9 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai et de la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y. ......................................................................................................................... 26 Figure 10 : Photographies aprÚs essai (écrasement axe Y) ............................................................... 27 Figure 11 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement sur l?axe Z ......................................... 32 Figure 12 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai d?écrasement axe Z. .............. 33 Figure 13 : Température maximale enregistrée par la caméra thermique au niveau des EC. ............. 34 Figure 14 : Photo aprÚs essai ............................................................................................................ 34 Figure 15 : Extrapolation des résultats d?écrasement quasi statique à des énergies........................... 35 Figure 16 : Variation de l?énergie en fonction de la hauteur de chute pour des masses de 40 et 280 kg ......................................................................................................................................................... 36 Figure 17 : Schémas de principe de l?assemblage d?EC testé lors de l?essai clou ............................... 37 Figure 18 : Photographies de l?assemblage d?EC et du spécimen en position de test ......................... 38 Figure 19 : Etapes du percement au clou .......................................................................................... 38 Figure 20 : position des thermocouples lors de l'essai clou ................................................................ 39 Figure 21 : Données enregistrées lors de l?essai de pénétration au clou ............................................ 40 Figure 22 : Enregistrements des températures ; ensemble des thermocouples .................................. 41 Figure 23 : Extraits de la vidéo enregistrée lors de l'essai de pénétration au clou............................... 41 Figure 24 : Extrait de la vidéo IR enregistrée lors de l?essai de pénétration au clou ............................ 42 Figure 25 : Implantation des pad chauffants ...................................................................................... 46 Figure 26 : Positionnement des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée ............................... 46 Figure 27 : Disposition des fluxmÚtres lors de l?essai chauffe rapide localisée sur module ................. 48 Figure 28 : Photos du module avant essai ......................................................................................... 48 Figure 29 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants localisés ............................................................................................................................................ 49 Figure 30 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants en mica ............................................................................................................................................. 50 Figure 31 : Extraits de la vidéo de l?essai de surchauffe par pad module............................................ 51 Figure 32 : Extraits de la vidéo thermique lors de l?essai de surchauffe par pad chauffant .................. 52 Figure 33 : Enregistrements des températures de peau du module lors de l?essai de surchauffe par pad. Saturation des TCK à 1200°C ................................................................................................... 53 Figure 34 : Température enregistrée par le pyromÚtre en un point au milieu de la face supérieure du module. Saturation de l?instrument à 1600°C ..................................................................................... 54 Figure 35 : Tension du module lors de l?essai surchauffe par pad ...................................................... 54 Figure 36 : Valeurs de flux thermiques rayonnés enregistrés lors de l'essai surchauffe par pad module ......................................................................................................................................................... 55 Figure 37 : Photographie aprÚs essai ................................................................................................ 56 Figure 38 : Positionnement du pad chauffant et des thermocouples pour l?essai sur EC .................... 56 Figure 39 : Montage expérimental de l?essai chauffe rapide localisée sur EC ..................................... 57 Figure 40 : Extraits vidéo de la premiÚre chauffe n?ayant pas provoqué d?emballement thermique ..... 57 Figure 41 : Données enregistrées lors de l?essai de chauffe externe rapide sur EC............................ 58 Figure 42 : Extraits vidéo de la seconde chauffe aprÚs remplacement du pad chauffant .................... 59 Figure 43 : Photographies du moyen d?essai ..................................................................................... 60 Figure 44 : ParamÚtres mesurés (températures, flux à l?intérieur de la virole) lors d?un essai à blanc . 61 Figure 45 : Implantation des thermocouples ...................................................................................... 61 Figure 46 : Montage expérimental de l?essai flux radiatif .................................................................... 62 Figure 47 : Extraits de la vidéo de l?essai flux thermique .................................................................... 63 Figure 48 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai flux radiatif ............................. 64 Figure 49 : Photographies du montage aprÚs l?essai de flux radiatif ................................................... 65 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 9 sur 200 Figure 50 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif .......................................... 65 Figure 51 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif (sélection de thermocouples) ......................................................................................................................................................... 66 Figure 52 : Enregistrements de la température effectuée par le pyromÚtre au centre de la face supérieure (proche des bornes)......................................................................................................... 67 Figure 53 : Enregistrements de la tension du module lors de l?essai flux radiatif................................. 67 Figure 54 : Enregistrements des flux thermiques ............................................................................... 68 Figure 55 : Débit calorifique (HRR) calculé par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif........................ 69 Figure 56 : Chaleur de combustion calculée par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif...................... 70 Figure 57 : Montage expérimental de l?essai feu caisse ..................................................................... 72 Figure 58 : Agencement des 7 modules dans la caisse ..................................................................... 72 Figure 59 : Disposition des thermocouples et des fluxmÚtres ............................................................. 73 Figure 60 : Captures d?écran de la caméra infrarouge lors de l?essai feu caisse ................................. 74 Figure 61 : Captures d?écran de la vidéo lors de l?essai feu caisse..................................................... 75 Figure 62 : Photos prises aprÚs l?essai feu caisse.............................................................................. 76 Figure 63 : Données enregistrées lors de l'essai feu caisse ............................................................... 77 Figure 64 : Enregistrements de températures lors de l?essai feu caisse ............................................. 77 Figure 65 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique ...................... 78 Figure 66 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules 79 Figure 67 : Flux radiatifs enregistrés par les fluxmÚtres lors de l?essai feu caisse. .............................. 80 Figure 68 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu sur caisse ........ 81 Figure 69 : Perte de masse et débit massique lors de l?essai feu caisse. ........................................... 82 Figure 70 : Disposition des modules dans les caisses. ...................................................................... 84 Figure 71 : Montage expérimental de l?essai propagation caisse ....................................................... 85 Figure 72 : Positionnement des thermocouples et des fluxmÚtres lors de l?essai propagation caisse .. 85 Figure 73 : Captures d?écran de la vidéo infrarouge lors de l?essai propagation caisse. Attention, ne pas tenir compte des températures relevées (effet écran de la protection) ............................................... 87 Figure 74 : Captures d?écran des caméras lors de l?essai de propagation caisse ............................... 88 Figure 75 : Photos aprÚs l?essai de propagation caisse ..................................................................... 89 Figure 76 : Données enregistrées lors de l?essai propagation caisse ................................................. 90 Figure 77 : Flux thermiques enregistrés lors de l?essai de propagation sur caisse .............................. 91 Figure 78 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse 92 Figure 79 : Evolution de la masse au cours de l?essai ........................................................................ 93 Figure 80 : Implantation des thermocouples pour l?essai propagation caisse avec sprinklage ............ 95 Figure 81 : Photos des montages « propagation caisse » et « feu caisse » pour les essais avec sprinklage. ........................................................................................................................................ 96 Figure 82 : Schémas et photo du dispositif d?extinction ...................................................................... 97 Figure 83 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ............ 98 Figure 84 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ......................................................................................................................................................... 99 Figure 85 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage........... 101 Figure 86 : Températures enregistrées par le thermocouple « sprinkler » (positionné à 5 m de haut) et par le thermocouple « bac feu » (positionné à 5 cm du bac feu, sous les caisses de modules) ........ 102 Figure 87 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas). Les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra. . 103 Figure 88 : Enregistrements des tensions lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ................ 104 Figure 89 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai propagation caisse + sprinklage ........................ 104 Figure 90 : Débit calorifique (calculé par OC) et débit d?eau appliqué lors de l?essai propagation caisse + sprinklage .................................................................................................................................... 105 Figure 91 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse + sprinklage ....................................................................................................................................... 106 Figure 92 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai feu caisse + sprinklage........ 108 Figure 93 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai feu caisse + sprinklage ........................ 109 Figure 94 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage........... 110 Figure 95 : Températures enregistrées par les thermocouples positionnés sous chacun des modules lors de l?essai feu caisse + sprinklage et Tensions enregistrées. ...................................................... 111 Figure 96 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas) ............................................................................... 112 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 10 sur 200 Figure 97 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules ....................................................................................................................................................... 113 Figure 98 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai feu caisse + sprinklage ..................................... 114 Figure 99 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 115 Figure 100 : Schéma de principe de l?analyse de gaz/particules ...................................................... 119 Figure 101 : Support de prélÚvement des particules à proximité de l?échantillon .............................. 121 Figure 102 : Réceptacles de collecte des eaux d?extinction ............................................................. 121 Figure 103 : Débit massique CO2 essai de flux radiatif module ........................................................ 123 Figure 104 : Débit massique CO essai de flux radiatif module ......................................................... 124 Figure 105 : Débit massique CH4 essai de flux radiatif module ........................................................ 124 Figure 106 : Débit massique H2 essai de flux radiatif module ........................................................... 125 Figure 107 : Débit massique HF essai de flux radiatif module .......................................................... 125 Figure 108 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse ............................................................................................................................................. 128 Figure 109 : Concentration volumique en H2O théorique et mesurée dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage.................................................................................................................... 131 Figure 110 : Concentration volumique en CO2 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 132 Figure 111 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ......................................................................................................................... 133 Figure 112 : Concentration volumique en PH3 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage ....................................................................................................................................................... 134 Figure 113 : DiamÚtre médian et flux de particule mesuré par ELPI + (facteurs de dilution du diluteur et de la gaine pris en compte) ............................................................................................................. 135 Figure 114 : Distribution granulométrique des particules lors de l?essai flux radiant sur module mesuré par ELPI + ...................................................................................................................................... 135 Figure 115 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 20 et 40 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module ......................................................... 136 Figure 116 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 40 et 50 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module ......................................................... 136 Figure 117 : Analyse par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) lors de l?essai de flux radiant sur module .......................................................................................................................... 137 Figure 118 : DiamÚtre médian et flux de particules mesuré par ELPI + lors de l?essai feu caisse...... 139 Figure 119 : Distribution granulométrique des particules mesurées par ELPI+ lors de l?essai feu caisse ....................................................................................................................................................... 139 Figure 120 : Observation MET des prélÚvements effectués lors de l?essai feu caisse. PrélÚvement effectué en 10 s, 3 min aprÚs le début de réaction. .......................................................................... 140 Figure 121 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai flux radiant module ......................................................................... 142 Figure 122 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai flux radiatif module. ........................................................................................................................................... 142 Figure 123 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai flux radiant module ......................... 143 Figure 124 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse ....................................................................................... 144 Figure 125 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai feu caisse. ....................................................................................................................................................... 145 Figure 126 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse ....................................... 145 Figure 127 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse + sprinklage ................................................................... 147 Figure 128 : Analyse des PCB et PCDD/F lors de l?essai feu caisse + sprinklage ............................ 147 Figure 129 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse + sprinklage ................... 148 Figure 130 : Analyse des PCDD/F and PCB dans les eaux d?extinction ........................................... 151 Figure 131 : Débit calorifique libéré par type de cellule et format ..................................................... 154 Figure 132 : Comparaison entre le débit calorifique émis par une palette 1510 et celui émis par une caisse de 7 modules LMP ............................................................................................................... 156 Figure 133 : Débit calorifique émis par une palette de modules LMP ............................................... 157 Figure 134 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog ? à gauche, pour un stockage 1510, à droite pour un stockage de modules LMP ..................................................................................... 158 Figure 135 : Puissance calculée pour les 2 cas traités ..................................................................... 159 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 11 sur 200 Figure 136 : Courbe ISO834] .......................................................................................................... 160 Figure 137 : Comparaison entre la courbe ISO834 et la température d?agression issue de l?incendie de caisses de modules LMP ................................................................................................................ 161 Figure 138 : Photographies des résidus d?essais ............................................................................. 164 Figure 139 : Extraits vidéo où l?inflammation de résidu au contact du sol humide est visible............. 164 Figure 140 : Analyse du ciel gazeux d?un fût contenant des résidus de combustion de l?essai pad sur module............................................................................................................................................ 165 Figure 141 : Cliché photographique du prélÚvement d?échantillon issu de résidus de combustion de batterie, produits à la suite d?un essai abusif ................................................................................... 166 Figure 142 : Clichés photographiques de l?échantillon (immédiatement aprÚs le prélÚvement) placé dans un bécher (a), lors d?ajout d?eau (b) et bullage/formation de mousse (c) .......................................... 167 Figure 143 : Clichés photographiques du comportement de l?échantillon humidifié soumis à une action/contrainte mécanique............................................................................................................ 167 Figure 144 : Clichés photographiques du prélÚvement d?échantillon de résidus de combustion de batteries et fragments produits à la suite du concassage au burin en boîte à gants pour s?approcher des quantités requises pour les diverses phases de l?épreuve N.5 ......................................................... 168 Figure 145 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 1 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 169 Figure 146 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 2 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 170 Figure 147 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 ....................................................................................................................................................... 170 Figure 148 : Clichés photographiques de la tentative d?inflammation au brûleur à gaz des gaz générés lors de l?ajout de quelques gouttes d?eau sur l?échantillon soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 ...... 171 Figure 149 : Cliché photographique illustrant un exemple d?échantillon soumis à la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques ........................................................................................... 172 Figure 150 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques pour l?échantillon « Tel Quel » ? Essai 2 ................................... 173 Figure 151 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec le débitmÚtre automatique pour l?échantillon « Tel Quel » - Essai 3 ......................................... 173 Figure 152 : Vue latérale du panache toxique résultant de l?émission de phosphine, effets irréversibles et premiers effets létaux. ................................................................................................................. 174 Figure 153 : Seuils de toxicité et de perception de la phosphine ...................................................... 175 Figure 154 : Photographies des résidus prélevés pour analyse ....................................................... 176 Figure 155 : Analyse DRX des résidus d?un essai compression statique. L?analyse porte sur des résidus plutÃŽt rougeâtres et le transfert et l?analyse ont été réalisés sous air (poudre oxydée) ..................... 177 Figure 156 : Analyse DRX des résidus de l?essai feu caisse. L?analyse porte sur un ensemble hétérogÚne de résidus et le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air (protégé par du Kapton) ...................................................................................................................................... 179 Figure 157 : Analyse RMN d?un ensemble hétérogÚne de résidus sur le 31P et le 7Li. Le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air .............................................................................. 180 Figure 158 : spectroscopies Mössbauer des résidus d?essais .......................................................... 181 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 12 sur 200 Glossaire BEA-RI Bureau d'Enquêtes et d'Analyses - Risques Industriels CDG Carbon Dioxyde Generation (génération de dioxyde de carbone en français) COV Composés Organiques Volatils DEC/EC Diethyl Carbonate / Ethyl Carbonate DRX Diffraction à Rayons X EC Electrochemical Cell (vocabulaire Blue Solutions) ELPI Impacteur basse pression à détection électrique FTIR Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier GC-MS Gaz Chromatographie ? Spectroscopie de Masse GMD Geometric Mean Diameter (diamÚtre moyen géométrique en français) GTR-EVS Global Technical Regulation ? Electric Vehicle Safety HAP Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques HRR Heat Release Rate (débit calorifique en français) ICMCB Institut de Chimie de la MatiÚre Condensée de Bordeaux INERIS Institut National de l?Environnement Industriel et des Risques IR Infra-Rouge LFP LMP Lithium Fer Phosphate Lithium Métal PolymÚre MET Microscope électronique à transmission MPS Mini Particle Sampler NMC Nickel ManganÚse Cobalt OC Oxygen Consumption (consommation d?oxygÚne en Français) OMS Organisation Mondiale de la Santé ONU Organisation des Nations Unies PCB Polychlorobiphényles PCDD/F Polychloro-dibenzodioxines / Polychloro-dibenzofurannes PTFE PolytétrafluoroéthylÚne REI Acronyme utilisé pour indiquer la résistance au feu d'un élément de construction RMN Résonance Magnétique Nucléaire EDX Energy Dispersive X-ray ou spectroscopie X à dispersion d'énergie POE Poly(oxyéthylÚne) SDIS Service Départemental d?Incendie et de Secours SOC State of Charge (état de charge en français) TC ou TCK Thermocouple ou Thermocouple de type K THR Total Heat Release (chaleur totale dégagée en français) UTC Université Technologique de CompiÚgne Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 13 sur 200 1 Introduction 1.1 Déontologie L?expertise décrite dans le présent rapport a consisté à évaluer les propriétés des batteries Lithium Métal PolymÚre (LMP) de la société Blue Solutions placées en situation abusives. Par le passé, l?Ineris n?a jamais réalisé d?études pour le compte de Blue Solutions. L?Ineris a réalisé, pour d?autres sociétés, des études sur des installations fixes ou mobiles intégrant des batteries Blue Solutions en prenant en compte, sans les remettre en cause, les hypothÚses fournies par Blue Solutions. 1.2 Contexte et objectifs Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand- Couronne (76), propriété de la société SAS HIGHWAY FRANCE LOGISTICS 8. Le feu s?est déclenché vers 16h30 dans la cellule 1 de 6000 mÚtres carrés de l?entrepÃŽt, louée et opérée par la société BOLLORE LOGISTICS, qui abritait, selon l?exploitant, des piÚces automobiles, incluant plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal PolymÚre (LMP) Des effets ont été observés à l?extérieur de l?entrepÃŽt logistique (flammes, fumées, ?) nécessitant l?intervention des pompiers (SDIS de la seine maritime). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête. Devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, le BEA-RI a souhaité mobiliser l?Ineris (via une lettre de saisine datant du 22 mai 2024 et présentée en annexe 1) pour évaluer le rÃŽle qu'auraient joué les modules batteries dans l'occurrence et le développement de l'incendie. En pratique, il a été demandé à l'INERIS de réaliser des essais sur des modules ou sur des cellules électrochimiques en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ; ? D'étudier les mécanismes de propagations de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. ? D'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisé dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage); ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés ; ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. L?Ineris, en accord avec le BEA-RI a mis en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les causes et effets de la réaction de ces batteries. Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 14 sur 200 1.3 Structure du rapport Pour répondre aux questions posées, le rapport est constitué de 3 grandes parties. La premiÚre vise à la détermination des causes possibles de l?emballement thermique d?un module stocké. Elle comprend des essais d?abus mécanique et thermique afin d?évaluer les possibilités de réaction d?un module. La seconde vise à comprendre les caractéristiques d?un incendie d?un module et d?une caisse de module LMP. Elle comprend des essais d?exposition au feu d?échantillons allant jusqu?à des caisses de modules et inclue l?étude de l?influence de l?extinction. La troisiÚme et derniÚre partie traite de l?instabilité des résidus aprÚs essai afin d?évaluer les risques dans les derniÚres heures de l?extinction. 1.4 Description d?un module LMP Ce rapport vise à mieux appréhender les causes et effets de la réaction de type LMP produites par Blue Solutions. Peu de données existent dans la littérature puisque la technologie de batterie actuellement dominante est la technologie Li-ion, pour laquelle de nombreuses études existent. Dans notre étude, des modules LMP de modÚle IT3 produits par Blue Solutions, correspondant à ceux stockés à Grand- Couronne ont été testés. Il faut bien souligner que certaines des conclusions tirées sont généralisables à la technologie LMP (systÚme Lim/POE/LFP) tandis que d?autres sont le résultat de choix d?ingénierie faits par Blue Solutions et donc uniquement valables pour les modules/caisses dont il est question dans ce rapport. Il est ainsi important de bien décrire les modules étudiés. Contrairement à ce qui est généralement réalisé à l?Ineris, les modules ont été testé tels que reçus sans vérification des performances électriques (capacité en charge/décharge), l?accÚs au BMS des modules n?ayant pas été donné dans le cadre de ces travaux. 1.4.1 Electrochimie Les batteries Li-métal produites par Blue Solutions, désignées comme « LMP » pour Lithium Métal PolymÚre se différencient de la plupart des autres technologies de batteries sur le marché par la présence de lithium métal à l?anode. Cette technologie diffÚre notamment de la technologie Li-ion, car elle n?utilise pas d?électrolyte de type organique liquide mais repose sur l?utilisation d?un polymÚre. Le polymÚre utilisé (PEO) est solide à température ambiante et réalisé à base de sels de Li soufrés et fluorés. Ces éléments différenciant, représentés en Figure 1, font que les modes de fonctionnement et profils de risques de ces deux technologies de batteries lithium (LMP d?un cÃŽté, et lithium-ion de l?autre) sont trÚs différents. La cathode utilisée dans les batteries ici testées est de chimie LFP, comme ce qui peut être trouvé dans la technologie Li-ion. Le motif unitaire Li(m)/PEO/LFP est répété jusqu?à former la plus petite unité désignée par Blue Solutions comme « EC » pour Electrochemical Cell, cette unité comporte des connecteurs (ou tabs) pour permettre la connexion électrique au niveau de l?empilement des motifs unitaire (stack). Ces éléments unitaires de tension autour de 3V et ayant une capacité d?environ 100 Ah ne sont pas enveloppés comme cela est le cas pour la technologie Li-ion et ces EC ne sont donc pas utilisables en l?état dans un systÚme. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 15 sur 200 Figure 1 : Représentation schématique de l?assemblage d?une couche de cellule LMP Blue Solutions. Source site web Blue Solutions 1.4.2 Intégration en module Les EC sont ensuite empilés et connectés en série jusqu?à former un module de 72 V / 7 kWh. En plus de l?électrochimie, un module contient des éléments électronique (carte électronique, bornes, chauffages latéraux, ?) et mécanique (ressort, isolant, ?). Afin d?éviter l?oxydation de l?anode en Li métal, le module est rempli de gaz inerte et fermé de maniÚre hermétique. Un module dispose d?un évent sur la face avant (sous les bornes) afin d?éviter les montées en pression. Il est à noter que l?empilement d?EC est séparé de chacune des faces du module, soit par un espace conséquent, soit par des couches d?isolant électrique (plastique). La Figure 2 présente un schéma simplifié de l?intérieur d?un module. Figure 2: Schéma simplifié (vue en coupe) de l'intérieur d'un module Un module pÚse environ 40 kg dont 6 kg de casing métallique et environ 3,5 kg de Lim (Soit 8,75 % de la masse du module). Ses dimensions sont données en Figure 3. A titre de comparaison, dans une batterie Li-ion de véhicule électrique environ 1 % de la masse est associée au Lithium contenu dans les électrodes. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 16 sur 200 Figure 3 : Dimensions d?un module LMP IT, communiquées par Blue Solutions Une photographie de chacune des faces d?un module est présentée en Figure 4. Figure 4 : Photographie des 6 faces d?un module LMP IT3 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 17 sur 200 1.4.3 Protocoles et méthodes expérimentales Les chapitres suivants sont consacrés en grande partie à des essais abusifs réalisés dans le but de répondre à la saisine du BEA-RI. Les protocoles d?essais ont été développés en impliquant Blue Solution et le BEA-RI lors de leurs mises au point. Blue Solution et le BEA-RI ont assisté à l?ensemble des essais réalisés sur le site de l?Ineris à Verneuil-en-Halatte. Ces essais n?ont pas de visées réglementaires ou d?homologation, ainsi ils ne cherchent pas à reproduire des protocoles normalisés, d?autant plus que les normes couvrant la sécurité des modules de type LMP sont quasi inexistantes ou inadaptées aux besoins de la campagne d?essais. L?ensemble des mesures a cependant été réalisé en suivant les bonnes pratiques du domaine. Plus de détail sur la métrologie, les instruments utilisés, les incertitudes de mesures sont données en Annexe 2. Les protocoles expérimentaux et l?instrumentation mise en place est décrite dans chacune des sous- parties. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 18 sur 200 PARTIE 1 : Détermination des causes possibles de l?emballement thermique d?un module stocké Pour répondre aux questions posées, cette premiÚre vise à déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dit à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique. Elle comprend des essais d?abus mécanique afin d?évaluer les possibilités de réaction d?un module. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 19 sur 200 2 Choc/chute 2.1 Objectif et description du protocole d?essai Cet essai a pour but de déterminer si une déformation mécanique d?un module stocké suite à un choc ou une chute peut être la cause d?un emballement thermique du module. Pour étudier cette hypothÚse, le module a été soumis à un écrasement quasi-statique à une vitesse de 0,5 mm/s sur deux axes (représentés sur la Figure 5). Le module est écrasé à l?aide d?un impacteur hémisphérique de diamÚtre 150 mm. L?écrasement est effectué en plusieurs étapes jusqu?à réaction, 90 % de l?épaisseur de la batterie ou que la limite sécuritaire de la presse soit atteinte (480 kN). Figure 5 : Axes d?écrasement des modules Des thermocouples sont disposés avant essai sur les faces extérieures du module et des fluxmÚtres sont positionnés autour du module. L?implantation des thermocouples et des fluxmÚtres est présentée sur la Figure 6. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 20 sur 200 Figure 6 : Implantation des thermocouples et des fluxmÚtres pour les essais d'écrasement 2.2 Résultats axe Y Le déroulé de l?essai d?écrasement sur l?axe Y est présenté en tableau 1. Les premiers effets mesurables de l?écrasement sont une chute de tension de 3,3 V, observée aprÚs une déformation de 27 mm suivie d?une premiÚre légÚre élévation de température mesurée aprÚs 43 mm d?enfoncement. AprÚs 88 mm d?enfoncement, le casing du module s?ouvre. La tension s?annule aprÚs 100 mm d?enfoncement, cela ne reflÚte pas l?absence de tension mais un arrachage des bornes sur lesquelles est effectuée la mesure. Sur la poursuite de l?écrasement, peu d?effets sont constatés hormis des élévations modérées de températures. Cependant, de par l?architecture du module, l?empilement d?EC n?est pas réellement écrasé mais s?échappe par le haut, poussé par le ressort placé en bas du module. Il est à noter que les thermocouples sont placés sur l?extérieur du casing du module et ne reflÚtent pas les températures des EC. Lors du retrait de la presse, le module chute dans le bac de rétention métallique. 34 minutes aprÚs les premiers effets constatés (chute de tension/élévation légÚre de température) et 6 minutes aprÚs le dernier abus (chute dans le bac) une élévation trÚs importante de la température est observée. 12 secondes aprÚs ces premiers signes avant-coureurs d?emballement thermique, l?ensemble des éléments s?enflamment et une réaction violente se produit pendant environ 3 minutes. L?emballement thermique étant différé par rapport à l?agression, il est difficile de conclure formellement sur l?origine de celui-ci. Plusieurs hypothÚses peuvent être émises : - La déformation a provoqué un court-circuit interne. Les deux premiers signes d?un tel défaut pourraient être la premiÚre chute de tension aprÚs 27 mm d?enfoncement ou le premier échauffement aprÚs 43 mm d?enfoncement ; - L?ouverture du module aprÚs 88 mm d?enfoncement a laissé rentrer de l?air qui a réagi avec le lithium métal et provoqué une réaction exothermique ; - Lors de la chute de l?empilement d?EC, celui-ci vient au contact du bac métallique qui crée un court-circuit inter-EC. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 21 sur 200 Tableau 1 : Chronologie des évÚnements lors de l?essai d?écrasement sur l?axe Y Temps EvÚnement -7 min Début enregistrement vidéo (11h 27 min 02 s) -180s Début enregistrement des données 0 s Début de l?écrasement 53 s PremiÚre chute de tension (-3.3 V) Enfoncement 27 mm 67-70s Chute de tension (-13 V) Chute de la force (120?90 kN) 85 s PremiÚre légÚre élévation de température (TC 2, 3, 4, 8) Enfoncement de 43 mm 20°C sur caméra IR 150 s Maximum de force lors de l?essai atteint (160 kN) 175 s Rupture mécanique du casing du module. LégÚre fumée visible. Enfoncement 88 mm Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 22 sur 200 Temps EvÚnement 194 s Premier arrêt de l?écrasement Enfoncement 97 mm 10 min 48 s Reprise de l?écrasement 10 min 48 s La tension s?annule (probablement causée par l?arrachage des bornes) Enfoncement de 100 mm 11 min 30 s Arrêt de l?écrasement Enfoncement de 120 mm 13 min 48 s Reprise de l?écrasement 14 min 24 s Elévation significative de température (TC 2, 3) 26 °C sur caméra IR 15 min 06 s Arrêt de l?écrasement Enfoncement de 160 mm 22 min 20 s Reprise de l?enfoncement 23 min Elévation significative de la température (TC4, 7, 8) 32 °C sur caméra IR 23 min 20 s Arrêt définitif de l?écrasement Enfoncement max 190 mm (95 %) 25 min Recul de la presse 27 min Maximum local de température (29°C sur TC2) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 23 sur 200 Temps EvÚnement 29 min Chute de la batterie dans le bac de rétention 31 min 30 s Arrêt de l?enregistrement des données 31 min 40 s Début de la surveillance (nouvelle base de temps pour l?enregistrement des données) 32 min Elévation de température (+40°C en 1 min) 33 min Elévation de température (+75°C en 20 sec min) 35 min 12 s Elévation importante de la température 35 min 24 s Réaction violente 35 min 34 s Pic de flux radiatif (23,7 kW/m2 F2) 36 min 10 s Fin du pic d?effet thermique (l?ensemble des flux radiatifs se stabilise à 5 kW/m2) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 24 sur 200 Temps EvÚnement 38 min 10 s Fin de la réaction violente 45 min 10 s Arrêt des flammes Les données enregistrées durant l?essai sur l?axe Y sont présentées en Figure 7 et durant la phase de surveillance en Figure 8 (les base de temps sont différentes). Il est important de rappeler que les thermocouples placés sur le casing ne reflÚtent pas les températures de l?électrochimie (empilement d?EC) du fait de l?éjection de ces derniers. Les images extraites de la caméra thermique présentées en Figure 9 donnent de meilleures informations. Durant la réaction, l?ensemble des thermocouples sont saturés révélant que les températures ont dépassé 1200°C. Un pic de flux radiatif proche de 25 kW/m2 est enregistré à 2,5 m de distance. Figure 7 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement axe Y. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 25 sur 200 Figure 8 : Données enregistrées durant la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y Les images de la caméra thermique permettent de constater une élévation progressive de la température jusqu?à 33°C lors de l?écrasement. Une élévation assez brutale de la température (+75°C en 20 sec) est constatée 2 min avant l?évÚnement. Durant la réaction, la caméra est saturée d?abord à 160°C puis à 660°C due aux limites de la caméra. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 26 sur 200 0 Figure 9 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai et de la surveillance de l?essai d?écrasement axe Y. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 27 sur 200 Les photos aprÚs essai sont présentées en Figure 10. Elles permettent de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus, rougeâtres sont visibles. Le bac de rétention en acier (température de fusion d?environ 1400 °C) est percé et l?état de dégradation de la caméra placée à plusieurs mÚtres témoigne d?un flux thermique important et de températures extrêmement élevées. Les fluxmÚtres placés à 2,5 m du module ont enregistré un pic à 25 kW/m² ce qui présuppose une émittance de flamme élevée (supérieure à 100 kW/m²). Figure 10 : Photographies aprÚs essai (écrasement axe Y) 2.3 Résultats axe Z Le déroulé de l?essai d?écrasement sur l?axe Z est présenté en tableau 2. Sur cet axe, la compression a lieu sur le même axe que le ressort placé sous le module. Les premiers centimÚtres d?écrasement sont donc consacrés à l?écrasement de ce ressort. Sur cet axe, les EC sont écrasés perpendiculairement à leur surface. Le premier effet mesurable de l?écrasement est une chute de tension de 3,3 V, observée aprÚs une déformation de 34 mm. Une premiÚre légÚre élévation de température est mesurée aprÚs 71 mm d?enfoncement. Cette lente augmentation de température, persiste de maniÚre quasi linéaire jusqu?aux minutes précédant l?emballement thermique. La tension s?annule aprÚs 96 mm d?enfoncement contrairement à l?axe Y, cette tension nulle semble refléter la mise en court-circuit de l?ensemble des EC (pas d?arrachage des bornes à ce stade). AprÚs 102 mm d?enfoncement, le casing du module s?ouvre par la face avant. Sur la poursuite de l?écrasement, peu d?effets sont constatés hormis la poursuite de l?augmentation de température et l?augmentation de l?ouverture du casing. 34 minutes aprÚs l?arrêt de l?écrasement, les températures enregistrées par la caméra thermique deviennent critiques (75°C) et un emballement thermique imminent est pressenti. Pour protéger la presse hydraulique, celle-ci est reculée. 15 secondes plus tard, la température au niveau des EC dépasse 100°C (caméra IR) et aprÚs 15 nouvelles secondes, le module s?enflamme trÚs violemment. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 28 sur 200 L?emballement thermique étant différé par rapport à l?agression (env. 35 min), il est difficile de conclure formellement sur l?origine de celui-ci. Plusieurs hypothÚses peuvent être émises : - La déformation a provoqué un court-circuit interne. Les deux premiers signes d?un tel défaut pourraient être la premiÚre chute de tension aprÚs 34 mm d?enfoncement ou le premier échauffement aprÚs 71 mm d?enfoncement ; - L?ouverture du module aprÚs 102 mm d?enfoncement a laissé rentrer de l?air qui a réagi avec le lithium métal et provoqué une réaction exothermique. Tableau 2 : Chronologie des évÚnements lors de l?essai d?écrasement sur l?axe Z Temps EvÚnement - 5 min 49 s Début enregistrement vidéo (15h 10 min 30 s) -1 min 52 s Début enregistrement IR -137s Début enregistrement des données 0 s Début de l?écrasement Tmax= 13°C 70 s PremiÚre chute de tension (-3.3 V) Enfoncement 34 mm 91 s Maximum de force (476 kN) Enfoncement 45 mm 143 s PremiÚre élévation de température (TC 2, 3, 7, 8) Enfoncement de 71 mm 13°C sur caméra IR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 29 sur 200 Temps EvÚnement 192 s Tension à 0V Enfoncement 96 mm Tmax = 14°C 205 s Rupture mécanique du casing du module. LégÚre fumée visible. Enfoncement 102 mm 356 s Arrêt de l?enfoncement Enfoncement max de 178 mm Tmax= 15°C 40 min Recul de la presse Tmax=21°C 74°C sur caméra IR 2427 s 40 min 30 s Augmentation de température TC 4 : +20°C en 1s 2428 s 40 min 30 s Augmentation de température TC 6 : +100°C en 1s Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 30 sur 200 Temps EvÚnement 2430 s 40 min 30 s Réaction violente 2440 s 40 min 40s Pic de flux radiatif (25 - 30 kW/m2 F1) F2 non considéré car comportement anormal 41 min 30 s Fin du pic d?effet thermique (l?ensemble des flux se stabilise à 5 kW/m2) Du métal en fusion coule et des projections de métal en fusion sont observées 44 min Fin de la réaction violente Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 31 sur 200 Temps EvÚnement 54 min Arrêt des flammes Les données enregistrées durant l?essai sur l?axe Z sont présentées en Figure 11. Il est important de rappeler que les thermocouples placés sur le casing, ne reflÚtent pas forcément les températures de l?électrochimie (empilement d?EC). Les images extraites de la caméra thermique présentées en Figure 12 donnent de meilleures informations. Durant la réaction, l?ensemble des thermocouples sont saturés révélant que les températures ont dépassé 1200°C. Un pic de flux radiatif proche de 25 à 30 kW/m2 est enregistré à 2,5 m du module. Les données enregistrées par le fluxmÚtre 2 ne seront pas retenues car il a un comportement anormal (chute rapide et annulation des valeurs en cours de réaction). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 32 sur 200 Figure 11 : Données enregistrées durant l?essai d?écrasement sur l?axe Z Les images de la caméra thermiques permettent de constater une élévation progressive de la température jusqu?à 33°C lors de l?écrasement. Une élévation assez brutale de la température (+75°C en 20 sec) est constatée 2 min avant l?évÚnement. Durant la réaction, la caméra est saturée d?abord à 160°C puis à 660°C due aux limites de la caméra. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 33 sur 200 Figure 12 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai d?écrasement axe Z. La Figure 13 reprend les températures maximales enregistrées par la caméra thermique au niveau des EC. Elle permet de visualiser l?augmentation linéaire puis exponentielle de la température. L?accélération de l?échauffement est autour de 34 min. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 34 sur 200 Figure 13 : Température maximale enregistrée par la caméra thermique au niveau des EC. La photo aprÚs essai est présentée en Figure 14. Elle permet de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus rougeâtres sont visibles. Figure 14 : Photo aprÚs essai 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 Te m pé ra tu re (° C ) Temps (min) Temp. max caméra IR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 35 sur 200 2.4 Discussions (extrapolation à une chute, ?) Les écrasements quasi-statiques sur les deux axes ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. Dans le contexte d?un entrepÃŽt de stockage, il est plus plausible que l?abus soit dynamique (chute d?une caisse, chute d?un objet sur une caisse, coup de fourche de chariot élévateur). Afin de proposer des ordres de grandeur des énergies nécessaires pour créer une déformation susceptible de créer un emballement thermique, nous pouvons extrapoler les résultats en intégrant les valeurs de force sur le déplacement : E=? ?(?) ??? 0 . Plusieurs hypothÚses sont ensuite prises : - L?objet impactant le module a la même forme et surface que la sphÚre utilisée pour l?enfoncement quasi-statique ; - L?emballement thermique étant différé, nous conserverons l?hypothÚse : un abus permettant de constater une variation de tension ou de température est suffisant pour déclencher l?emballement thermique. Les deux courbes présentées en Figure 15 sont ainsi tracées. On constate que les valeurs sont beaucoup plus grandes sur l?axe Z. Cela s?explique par la plus grande force employée et nécessaire pour compresser le ressort. Au final sur l?axe Z, les énergies nécessaires à provoquer une variation de tension sont de l?ordre de 600 J et de 2200 J pour observer une variation de température. Comme indiqué en Figure 16, cela correspond à une chute d?une masse de 40 kg de 1,5 à 5 m. Dans le cas de l?axe Z, les énergies correspondant aux premiÚres variations de tension et de température sont respectivement 4,7 et 18 kJ. Ces énergies ne sont pas plausibles pour la chute d?un objet de 40 kg mais correspondent à des hauteurs de 1,5 m à 6,5 m pour une masse de 280 kg. Figure 15 : Extrapolation des résultats d?écrasement quasi statique à des énergies Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 36 sur 200 Figure 16 : Variation de l?énergie en fonction de la hauteur de chute pour des masses de 40 et 280 kg Il est à noter que les modules étant placés dans des caisses, celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. Inversement, un impact ou une déformation localisée serait plus pénalisant. Dans le cas des modules testés, la détermination du point de démarrage de l?emballement thermique est plus compliquée que pour du Li-ion car la réaction se produit avec un fort décalage par rapport à l?abus. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 37 sur 200 3 Défaut interne Un défaut interne ne peut être écarté quelle que soit la technologie de batterie (défaut de fabrication, d?assemblage, de conception,?) aussi il est important de quantifier les effets associés à un tel phénomÚne. Le déclenchement d?un défaut interne type court-circuit étant difficile à mettre en oeuvre, il a été sélectionné le percement au clou et la chauffe localisée comme déclencheur représentatif. 3.1 Essai clou 3.1.1 Objectif et description du protocole d?essai Cet essai a pour but de déterminer si un défaut interne, de type court-circuit à l?intérieur d?un EC ou inter-EC, d?un module stocké peut être la cause d?un emballement thermique du module. Pour étudier cette hypothÚse il n?existe pas de protocole défini mais un test au clou peut s?en approcher. Les issues du test peuvent varier selon les paramÚtres de test choisi (matériaux du clou, vitesse de pénétration, taille du clou, ?). Pour les essais de cette campagne, les paramÚtres ont été fixés comme suit : - Clou de 10 mm de diamÚtre en acier, - Vitesse de pénétration : 1 mm/s. La Figure 17 présente un schéma de principe de l?empilement de deux EC tel que préparé par Blue Solutions pour les essais de percement au clou. Chaque EC est placé dans une enveloppe en polymÚre multicouche souple de type « pouch cell » et les bornes de chaque EC sont accessibles. Les EC sont ensuite connectés en série afin de reproduire la configuration à l?intérieur d?un module. Figure 17 : Schémas de principe de l?assemblage d?EC testé lors de l?essai clou La Figure 18 présente les images des EC assemblés dans des films polymÚres multicouches et des ECs montés dans une plaque de maintien métallique en position pour subir la pénétration au clou. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 38 sur 200 Figure 18 : Photographies de l?assemblage d?EC et du spécimen en position de test Le percement est réalisé en plusieurs étapes reprises en Figure 19. - La premiÚre étape consiste à percer sur une profondeur de 0,7 EC (soit 7 mm). Le défaut ainsi simulé est un court-circuit interne à l?EC. A noter que plusieurs motifs élémentaires (anode/séparateur/cathode) sont simultanément percés, ce qui n?est pas le cas lorsqu?un défaut interne à l?EC apparait ; - La seconde étape consiste à percer sur une profondeur de 1,5 EC (soit 15 mm). Le défaut ainsi simulé est un court-circuit inter-EC. A noter qu?ici ce défaut est créé alors que le premier EC est déjà en court-circuit depuis plusieurs minutes ce qui peut affecter les résultats ; - La troisiÚme étape consiste à terminer l?enfoncement pour traverser le systÚme, soit 1,9 EC (19 mm). Figure 19 : Etapes du percement au clou La Figure 20 présente la position des thermocouples lors de l?essai clou. A noter que les thermocouples 8, 9, 10 n?ont finalement pas été instrumentés pour éviter de créer des points de pression sur les EC et d?ajouter une épaisseur inconnue lors du percement du clou. Le thermocouple 16 est placé à l?intérieur du clou à 1,8 cm de la pointe. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 39 sur 200 Figure 20 : position des thermocouples lors de l'essai clou 3.1.2 Résultats La Figure 21 présente un récapitulatif des données enregistrées durant le test. Afin de faciliter la lecture du graphique, seulement une sélection de thermocouples est représentée. Lors de l?enfoncement dans le premier EC, aucune augmentation de température n?est observée. Environ 30 min aprÚs le premier enfoncement, la seconde étape est démarrée (mise en court-circuit des EC) et une augmentation de température d?environ 2°C est observée, principalement au niveau du thermocouple placé dans le clou et au centre de la premiÚre cellule transpercée. Environ 30 min aprÚs cette seconde étape, la troisiÚme et derniÚre étape est lancée. Une augmentation de température d?environ 2°C est constatée, particuliÚrement au niveau des thermocouples placés sur la seconde cellule pénétrée. La Figure 22 détaille plus précisément l?ensemble des températures enregistrées lors de l?essai. L?augmentation de température semble être limitée et pas à même de conduire à un emballement thermique. Au regard des résultats d?essai d?écrasement, pour lesquels l?augmentation de température était limitée avant un emballement soudain, il est difficile de conclure si l?EC est proche ou non d?une zone « critique ». Il faut aussi noter que d?autres paramÚtres, à commencer par la taille du clou, peuvent influer l?issue de ce type de test. Enfin, nous tenons à souligner que les résultats présentés ici ne sont utilisables en aucun cas pour conclure quant au comportement de batteries en fonctionnement (85°C). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 40 sur 200 Figure 21 : Données enregistrées lors de l?essai de pénétration au clou Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 41 sur 200 Figure 22 : Enregistrements des températures ; ensemble des thermocouples La Figure 23 présente les extraits de la vidéo enregistrée. Aucun élément notable n?est visible. De même, les images enregistrées par la caméra IR et présentées en 24 ne montrent aucun échauffement ou évÚnement notable. Figure 23 : Extraits de la vidéo enregistrée lors de l'essai de pénétration au clou Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 42 sur 200 Figure 24 : Extrait de la vidéo IR enregistrée lors de l?essai de pénétration au clou L?introduction d?un clou métallique de diamÚtre 10 mm n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Il faut noter que ces résultats peuvent varier selon les paramÚtres d?essais utilisés notamment la vitesse, le diamÚtre du clou et la position de percement. Aussi, dans les conditions d?essais choisis, un des EC était court-circuité depuis plusieurs minutes avant qu?un court- circuit inter-EC soit créé. Cela et la température de l?essai à laquelle la cellule n?est pas dans sa plage de fonctionnement (85°C) peut impacter fortement l?issue de l?essai. 4 Autres hypothÚses non testées D?autres hypothÚses comme le court-circuit externe ou la surdécharge n?ont pas été étudiées car jugées peu à même de déclencher un emballement thermique sur un module à température ambiante en condition de stockage. Un défaut d?étanchéité au niveau du module a été évoqué mais semblerait conduire à une oxydation lente du lithium métal sans nécessairement entrainer une réaction violente du module. La reproduction expérimentale de ce type de défaut a semblé difficilement représentative et peu reproductible pour qu?elle soit réalisée. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 43 sur 200 5 Conclusions de la recherche des causes probables Dans cette partie, plusieurs essais ont été réalisés afin de déterminer quels types d?évÚnements pourraient être susceptibles de déclencher l?emballement thermique de modules en condition de stockage. Les écrasements quasi-statiques menés sur les deux axes ont démontré la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique. Sur l?un des axes, les énergies nécessaires pour provoquer un début d?échauffement du module correspondent à une chute d?une masse de 40 kg de 5 m. Sur l?autre axe, l?énergie correspond à une chute de 6,5 m d?une masse de 280 kg. Les hypothÚses d?une chute d?objet sur la caisse, de la chute d?une caisse ou d?un coup de fourche de chariot élévateur semblent donc des hypothÚses plausibles même s?il faut noter que les modules étant placés dans des caisses, celles-ci doivent influer positivement sur la protection des modules. Ces essais montrent aussi que la détermination du point de démarrage de l?emballement thermique est plus compliquée que pour du Li-ion car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Signifiant que les limites d?énergie tolérables sont moins faciles à déterminer et que, d?un point de vue accidentel, l?abus a pu avoir lieu plusieurs minutes/heures avant la réaction (ce qui reste parfois possible mais dans une moindre mesure pour le Li-ion). La seconde hypothÚse étudiée est celle d?un défaut interne de type court-circuit entre cellules ou interne à certaines cellules constitutives des modules. Pour tester cette hypothÚse, un essai clou a été réalisé. Il n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Toutefois, même si ce test démontre une assez bonne résistance de la technologie à ce type d?abus, plusieurs facteurs pourraient modifier l?issue du test : vitesse de pénétration, le diamÚtre du clou et la position de percement. Afin de s?affranchir de ces nombreux paramÚtres de test, un test ne simulant non pas le défaut mais les conséquences d?un défaut, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé, sera proposé dans la partie suivante. Ces essais ont, en outre, permis de mettre en évidence la rapidité avec laquelle un module passe d?un état paraissant stable à une réaction trÚs violente, marquée de maniÚre quasi instantanée par des projections de métal en fusion. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 44 sur 200 PARTIE 2 : Comprendre les caractéristiques de l?incendie Cette seconde partie étudie les mécanismes de propagation de l'incendie d?un module et d?une caisse de module LMP en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. Elle comprend des essais d?exposition au feu d?échantillons allant jusqu?à des caisses de modules avec ou sans extinctions. Les effets observés lors de ces réactions seront analysés pour déterminer si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie. L'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage) seront évalués en utilisant notamment des outils de modélisation. Enfin, les analyses de gaz et de particules permettent d?évaluer la dangerosité des substances émises. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 45 sur 200 6 Essai de chauffe localisée 6.1 Objectif Cet essai a pour but de tester les conséquences d?un court-circuit interne. En effet, comme cela a été détaillé dans les parties consacrées aux courts-circuits internes (inter-EC et pénétration au clou), les reproductions expérimentales de courts circuits internes sont limitées et leur représentativité peut être discutée. Ici, plutÃŽt que de tenter de reproduire la cause de la défaillance, nous proposons de reproduire ses conséquences, c?est-à-dire un échauffement important, rapide et localisé des couches internes. A cette fin, des protocoles relativement robustes pour les batteries Li-ion ont été développés dans l?ISO 6469-2 ou dans la série 05 du R100, adoptée en GRSP en décembre 2024 ou sont en cours de développement dans des groupes de travail à visée rÚglementaire (transport marchandises dangereuses). Des détails techniques sont donnés en Annexe 3. Ici, deux configurations seront testées, la premiÚre sur un assemblage de deux EC, emballées dans une multicouche polymÚre (type pouch cell) et la seconde en module. L?assemblage d?EC est un échantillon préparé spécialement par Blue Solutions pour les besoins de l?essai mais n?existe pas tel quel au format commercial. Dans le cas des modules, il s?agit du plus petit niveau d?intégration existant permettant d?être testé tel quel (possédant un casing). L?implantation du pad chauffant y est cependant imparfaite car, comme décrit en Figure 25, un espace sépare systématiquement le casing de l?empilement d?EC. Ces vides sont remplis de gaz inerte (azote) afin d?éviter l?oxydation des composants et l?enveloppe ne peut donc pas être percée sans affecter les parties actives. Malgré cela, la méthode de chauffe rapide locale a été mise en oeuvre mais un second élément chauffant plus grand et puissant a été instrumenté dans le cas où le petit élément chauffant ne permet pas de déclencher l?emballement thermique. 6.2 Essai sur module 6.2.1 Instrumentation et protocole d?essai Chaque type de pad chauffant est instrumenté en double en cas de défaillance d?un pad et un isolant thermique (plaque d?inerta) est placé au-dessus afin d?éviter la dissipation thermique. L?ensemble est maintenu par des colliers métalliques afin d??assurer un bon contact pad/module. L?ensemble de cette instrumentation et du positionnement est décrit en Figure 25. Les caractéristiques du pad chauffant sont les suivantes : - L1 et L2 : o Taille de pad 2,5 x 2,5 cm, o Puissance : 600 W (100 W/cm2), o Température maximale 800°C, - Pads chauffants : Mica 1 et 2 , o Taille de pad : 50 x 15 cm, o Puissance : 3 300 W (4.4 W/cm2), o Température maximale 600°C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 46 sur 200 Figure 25 : Implantation des pad chauffants La Figure 26 et le tableau 3 détaillent le positionnement des thermocouples. Figure 26 : Positionnement des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée Tableau 3 : Position des thermocouples pour l?essai de chauffe localisée N° TC Position 1 TC pad Watlow 1 2 1 cm du pad Watlow 1 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 47 sur 200 3 TC pad Watlow 2 (backup) 4 1 cm du pad Watlow 2 5 TC pad mica 1 6 1 cm du pad mica 1 7 Pad mica 2 8 1 cm pad mica 2 9 Face avant 10 Face arriÚre 11 Face arriÚre 12 Face inférieure 13 Face inférieure 14 Face latérale 15 Face latérale tabs - 16 Face latérale tabs + 17 Ambiant 18 Event Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci permet d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesure infrarouge en un point donné (disque de diamÚtre 2 cm). Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face supérieure du module. Le positionnement des fluxmÚtres est présenté en Figure 27. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 48 sur 200 Figure 27 : Disposition des fluxmÚtres lors de l?essai chauffe rapide localisée sur module La Figure 28 présente le positionnement du module avant essai. Figure 28 : Photos du module avant essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 49 sur 200 6.2.2 Phase de chauffe avec les pads chauffants localisés La Figure 29 présente les températures mesurées sur et à 1 cm des pads chauffants localisés. AprÚs avoir rapidement atteint les 200°C, le premier pad manque de puissance pour poursuivre l?augmentation de température. Le second pad est alors démarré. Il atteint rapidement 350°C et plafonne à cette valeur. Environ 1 h aprÚs le démarrage du second pad localisé, ils sont arrêtés puis redémarrés. 20 min aprÚs le redémarrage, la décision est prise d?arrêter la chauffe avec ces pads. Avec cette méthode, hormis les températures mesurées sur les pads, la température la plus haute atteinte sur le casing en aluminium est de 240°C à environ 1 cm du second pad. Cette température est trop faible pour déclencher l?emballement thermique du module. Figure 29 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants localisés 6.2.3 Pads chauffants mica La Figure 30 présente les températures mesurées sur et à 1 cm des pads chauffants en mica. Un premier allumage du pad chauffant est rapidement arrêté à cause d?une erreur de manipulation. La température de l?élément chauffant n?aura pas dépassé 300°C. Environ 2 min aprÚs, le pad chauffant est relancé. 420 s (7 min) aprÚs le début de la chauffe, le module réagit. La température maximale atteinte par le pad, juste avant évÚnement est de 715°C. La température enregistrée par le thermocouple « TC_prox_pad_M_2 », placé à 1 cm du pad chauffant (en jaune sur les graphs) est particuliÚrement intéressante car plus représentative de ce qu?il se passe à l?intérieur du module. A partir du début de la chauffe, celle-ci augmente de maniÚre quasi linéaire jusqu?à 7300 s, où un palier à environ 155°C apparait. Celui-ci dure 60 s et la température décroit ensuite vers un second palier autour de 120°C. Ce comportement pourrait être attribué à l?absorption de l?énergie par la fusion du Li métal (Tfusion =180°C). 80 s aprÚs, l?emballement thermique démarre. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 50 sur 200 Figure 30 : Températures mesurées par les thermocouples sur et à proximité des éléments chauffants en mica La Figure 31 présente des extraits de la vidéo de l?essai et la Figure 32 ceux de la caméra IR. Les premiÚres fumées sont constatées 5 min 54 s avant le début de l?emballement. L?origine de ces fumées est incertaine. DÚs que le premier signe d?inflammation apparait, les effets sont immédiatement trÚs prononcés et la réaction de combustion s?accompagne de projections attribuées à du métal (Li) en fusion. Ces projections ne sont pas retrouvées sur des batteries Li-ion et sont caractéristiques de l?emballement thermique de ce type de batteries (contenant du Li-métal). Durant les 30 premiÚres secondes, les effets se font ressentir principalement par la face avant (cf. Figures 32 et 33). La face opposée perce ensuite et l?ensemble du module devient rapidement entouré de flammes. 1 min aprÚs le début de l?emballement thermique, la réaction est pleinement développée. D?importantes projections de métal en fusion, associées à un éclatement sont parfois observées (cf. T0+ 1 min 40 s). 2 min 30 aprÚs son initiation, la réaction baisse fortement d?intensité même s?il faut encore attendre plusieurs minutes pour constater l?arrêt des flammes. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 51 sur 200 Figure 31 : Extraits de la vidéo de l?essai de surchauffe par pad module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 52 sur 200 Figure 32 : Extraits de la vidéo thermique lors de l?essai de surchauffe par pad chauffant La Figure 33 présente l?enregistrement des thermocouples. DÚs que l?emballement thermique est atteint, l?ensemble des thermocouples placés sur le module enregistrent une augmentation de température. La face latérale (TC11) semble impactée plus tardivement (15 à 20 s aprÚs le début de l?emballement). AprÚs environ 30 s, l?ensemble des thermocouples enregistrent des températures supérieures à 1200 °C et les températures ensuite enregistrées ne sont plus représentatives. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 53 sur 200 Figure 33 : Enregistrements des températures de peau du module lors de l?essai de surchauffe par pad. Saturation des TCK à 1200°C Le pyromÚtre permet de mieux approcher les températures atteintes durant la réaction. La Figure 34 présente l?enregistrement des températures ainsi mesurées. En tout début de réaction, les températures enregistrées sont trÚs bruitées et difficilement exploitables, cependant, aprÚs quelques secondes, il permet de constater que les températures maximales atteintes oscillent entre 1500 °C et 1600 °C, voire dépassent momentanément 1600 °C (valeur limite du capteur). AprÚs 30 s de températures dans ces valeurs, la réaction, au point visé par le capteur, semble baisser en intensité et retrouve des valeurs autour de 800 °C. 1 min plus tard, une nouvelle augmentation de température culminant à 1400 °C est constatée. Elle peut être liée à la chute/fonte de la paroi du casing découvrant l?intérieur du module où la réaction est plus chaude. 2 min aprÚs le début de la réaction, les températures passent définitivement en dessous de 1000 °C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 54 sur 200 Figure 34 : Température enregistrée par le pyromÚtre en un point au milieu de la face supérieure du module. Saturation de l?instrument à 1600°C La Figure 35 présente la tension enregistrée. Une chute légÚre de tension est décelable 20 secondes avant le début de l?emballement thermique. 20 secondes aprÚs le début de l?emballement thermique, la tension chute brutalement de 40 V à 0 V, marquant vraisemblablement une déconnexion de l?empilement d?EC des bornes du module. Figure 35 : Tension du module lors de l?essai surchauffe par pad La Figure 36 présente les flux thermiques rayonnés. Conformément aux autres éléments (thermocouples et vidéo), ils permettent de constater que la réaction dure environ 2 min 20. Un pic proche de 14 kW/m2 est enregistré par les deux fluxmÚtres placés symétriquement de part et d?autre de la face avant, à 2,5 m de l?échantillon. Le fluxmÚtre 1 enregistre des valeurs inférieures car positionné plus loin (3,5 m). En début de réaction, le fluxmÚtre 1 enregistre des valeurs encore moindres car il est à l?opposé du cÃŽté où la réaction débute. Ces résultats sont plus largement exploités dans le chapitre 12 (Partie 2). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 55 sur 200 Figure 36 : Valeurs de flux thermiques rayonnés enregistrés lors de l'essai surchauffe par pad module Enfin, la Figure 37 présente les résidus aprÚs essai. De maniÚre similaire aux autres essais ayant conduit à une réaction, l?échantillon est entiÚrement détruit et des résidus brunâtres sont retrouvés. La partie 3 de ce rapport est consacré à la caractérisation de ces résidus dans l?optique d?évaluer si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 56 sur 200 Figure 37 : Photographie aprÚs essai Au final, la chauffe avec un pad de grande dimension et suffisamment puissante a permis de déclencher un emballement généralisé du module. Cette méthode, facile à mettre en oeuvre expérimentalement et peu invasive, sera reprise comme moyen de déclenchement pour les essais de propagation (caisse) même si elle n?est pas forcément représentative d?un court-circuit interne localisé. En revanche, la chauffe rapide localisée n?a pas permis de déclencher d?emballement thermique. Comme l?électrochimie (EC) est éloignée physiquement de la zone chauffée (casing alu), il est difficile de conclure et un essai sur EC est proposé dans la partie suivante. 6.3 Essai sur EC 6.3.1 Instrumentation et protocole d?essai Pour cet essai, l?assemblage de 2 EC en série a été équipé de 4 thermocouples tels que décrits en Figure 38. Figure 38 : Positionnement du pad chauffant et des thermocouples pour l?essai sur EC Le pad est positionné au centre de la face de l?EC et recouvert d?une couche d?isolant souple. Les caractéristiques du pad sont les suivantes : o Taille de pad 25 x 25 x 4 mm, o Puissance : 600 W (100 W/cm2), o Température maximale 800°C. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 57 sur 200 Afin d?assurer un bon contact entre le pad chauffant et l?EC ainsi qu?une pression sur les EC, le systÚme a été placé entre deux parpaings réfractaires de type siporex de 15 kg chacun. La Figure 39 présente le dispositif avant essai. Figure 39 : Montage expérimental de l?essai chauffe rapide localisée sur EC 6.3.2 Résultats La Figure 40 présente les extraits vidéos de la chauffe avec le premier pad chauffant. 33 s aprÚs le début de la chauffe, une légÚre fumée est visible. 10 s plus tard, une lueur apparait sous les siporex et de faibles flammes sont visibles l?espace de quelques secondes. Ce moment coïncide avec la perte du pad chauffant (il n?accepte plus de courant). L?hypothÚse que nous retenons est une défaillance du pad chauffant. Lors de cette chauffe, aucune donnée n?était enregistrée suite à une erreur d?enregistrement. Afin de poursuivre le test, le pad chauffant a été remplacé par un second pad du même type, placé au même endroit. Cette fois, par simplicité, aucune couche d?isolant ne sera placée dessus (hormis le siporex). L?essai est relancé dans l?heure qui suit. Figure 40 : Extraits vidéo de la premiÚre chauffe n?ayant pas provoqué d?emballement thermique Les données de la chauffe avec le second pad ont cette fois été enregistrées et sont présentées ci- dessous en Figure 41. La puissance de l?élément chauffant est progressivement augmentée jusqu?à 300 W, ce qui permet d?obtenir une rampe de température de l?ordre de 17 °C/s au niveau du pad, jusqu?à atteindre 796 °C. A cette température, une rupture de pente est observée et la chauffe s?accélÚre, probablement portée par une réaction exothermique de l?EC. 50 s aprÚs le début de la chauffe, le thermocouple placé sur le pad sature (1200 °C) témoignant de la réaction de l?EC. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 58 sur 200 On note qu?il reste possible de passer du courant pendant quelques secondes dans le pad, ce qui cette fois permet de conclure à une réaction de l?EC et non une défaillance du pad. 10 s plus tard (80 s), le thermocouple placé à la surface de l?EC abusé enregistre une élévation rapide de température, d?abord jusqu?à 1000 °C puis sature (1200 °C). La réaction se diffuse sur le premier EC et, 30 s aprÚs les premiers signes de réaction, le TC3 placé à 15 cm du pad chauffant enregistre une élévation rapide de température, jusqu?à saturation. C?est à ce moment que la tension du systÚme s?annule une premiÚre fois. Il faudra 30 s de plus pour que la réaction se propage au second EC (125 s) (TC 4 et 5). Figure 41 : Données enregistrées lors de l?essai de chauffe externe rapide sur EC Les extraits vidéos de l?essai présentés en Figure 42 sont en concordance avec la description faite par l?analyse des données. On notera la présence de projections dÚs les premiers instants de la réaction. Il faut environ 30 s pour que la réaction se développe et devienne intense. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 59 sur 200 Figure 42 : Extraits vidéo de la seconde chauffe aprÚs remplacement du pad chauffant Une chauffe rapide localisée à la surface d?un EC a donc permis de créer un emballement thermique de l?ensemble de l?EC qui s?est ensuite propagé à l?EC en série placé dessous. En supposant que cet essai soit représentatif de ce qu?il pourrait se passer en cas de défaut interne, il est donc possible de conclure qu?un défaut interne ait pu causer l?emballement thermique d?un EC qui s?est ensuite propagé au module. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 60 sur 200 7 Comportement d?un module LMP exposé à un flux calibré (essai feu sur module) 7.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la réaction d?un module LMP lorsqu?il est en emballement thermique. Cet essai a été réalisé le 18/10/2023. Plusieurs paramÚtres importants ont été étudiés : o La température à laquelle le module commence à réagir, o Le flux thermique dégagé (HRR (Heat Release Rate) et THR (Total Heat Release)), o La température maximale atteinte lors de la réaction, o Les effets de la réaction (projection, écoulements, ?), o La qualification des gaz et particules émises (notamment vis-à-vis des risques toxiques et d?explosion). Pour cela un module chargé à 100 % est soumis à un flux thermique radiatif, représentatif d?un feu développé. Classiquement, des panneaux radiants sont utilisés pour produire le flux thermique radiatif. La violence de la réaction attendue du module et afin de préserver l?intégrité du moyen d?essai, il a été préféré d?adapter le protocole. Le module a ainsi été placé au centre d?une virole en acier de 2 mm d?épaisseur, de 40 cm de diamÚtre et de 80 cm de longueur, elle-même suspendue au-dessus d?un feu de propane. En ajustant la puissance du feu de propane, la puissance thermique radiative reçue par le module a pu ainsi être ajustée. Cet ajustement de protocole empêche une bonne mesure des flux thermiques émis mais permet l?évaluation des autres paramÚtres recherchés (nb : pour l?étude des flux thermiques émis par un module, se reporter à la partie 6 surchauffe module par pad chauffant). Le montage expérimental est présenté en Figure 43. Le moyen d?essai est placé au centre d?une chambre d?essai de 300 m3 dotée d?une extraction forcée de 35 000 m3/h s?effectuant verticalement à 7 m de hauteur. Les entrées d?air sont assurées par des ouvertures de 40 x 40 cm² réparties sur tout le pourtour de la chambre. Figure 43 : Photographies du moyen d?essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 61 sur 200 Le module est placé verticalement dans la virole au-dessus d?un lit de sable. Le feu de propane est allumé par un opérateur au moyen d?un chalumeau. L?essai de calibration dont les résultats sont présentés sur la Figure 44 a permis de déterminer que pour un débit de propane fixé à 25 g/s, les températures à l?intérieur de la virole montent progressivement pendant 5 min jusqu?à 400°C environ et le flux absorbé par l?échantillon est alors estimé à un flux compris entre 10 et 15 kW/m2 en considérant les effets convectifs et radiatifs. Figure 44 : ParamÚtres mesurés (températures, flux à l?intérieur de la virole) lors d?un essai à blanc Le feu est maintenu jusqu?à ce que l?emballement thermique du module soit atteint. La Figure 45 présente l?implantation des thermocouples. Figure 45 : Implantation des thermocouples Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 62 sur 200 Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci permet d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesure infrarouge en un point donné (disque de diamÚtre 2 cm). Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face visible du module (Cf. Figure 46). Avec ce type de mesure, l?émissivité de la flamme n?étant pas connue (fixée arbitrairement à 0.95), la précision de la valeur de température est de l?ordre de 10 %. A noter que pour une valeur d?émissivité de flamme plus faible, les températures mesurées seraient plus élevées. Malgré les difficultés posées par la virole pour mesurer le flux thermique émis, un fluxmÚtre a été positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut (hauteur du haut de la virole). La Figure 46 présente le montage expérimental avant essai. Figure 46 : Montage expérimental de l?essai flux radiatif 7.2 Résultats 7.2.1 Observations La Figure 47 présente des extraits de la vidéo d?essai. AprÚs allumage du bac feu, celui-ci se stabilise rapidement (30 s). 15 min aprÚs l?allumage du bac, une premiÚre réaction est observée (projection de gaz, de flammes et de particules incandescentes par le haut de la virole). 6 secondes aprÚs ces premiers signes de réaction, l?intensité du feu de propane a drastiquement baissé et la réaction à l?intérieur de la virole semble relativement faible (de légÚres flammes ressortent). Cette chute d?intensité est marquée par le pic négatif au temps t0 + 15,75 min sur le graphe de débit calorifique (Figure 55). Il faut attendre 30 s pour que la réaction s?intensifie et 36 s pour que des projections importantes de Li en fusion apparaissent. 1 min 20 aprÚs le début de réaction, la virole dans laquelle est maintenu le module se perce en deux points au niveau de sa base. 1 min 56 aprÚs le début de réaction, la réaction semble atteindre un pic d?intensité, coïncidant avec le pic de flux thermique rayonné mesuré par le fluxmÚtre et le second pic de débit calorifique mesuré. Environ 2 min 30 s aprÚs son initiation, la réaction baisse nettement d?intensité, il faudra ensuite attendre plusieurs minutes pour que la réaction s?arrête. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 63 sur 200 Figure 47 : Extraits de la vidéo de l?essai flux thermique Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 64 sur 200 La Figure 48 présente des extraits de la vidéo enregistrée par caméra infrarouge. Elle permet de constater que, quelques secondes avant la réaction, le bas de la virole a une température de 640 °C. DÚs que la réaction débute, les valeurs maximales de températures dépassent les 660 °C dans les zones blanches et la caméra se sature. Peu d?informations sont exploitables de ces données. Figure 48 : Captures d?écrans de la caméra infra-rouge lors de l?essai flux radiatif Les photos aprÚs essais sont présentées en Figure 49. Elles permettent de constater que le module est complÚtement détruit. Des résidus, rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées de métal fondu (probablement l?acier de la virole). La virole en acier (Tfus env. 1400 °C) est percée et largement dégradée attestant de températures extrêmement élevées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 65 sur 200 Figure 49 : Photographies du montage aprÚs l?essai de flux radiatif 7.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 50 présente les enregistrements de température de l?ensemble des thermocouples. Le thermocouple placé dans les flammes (env. 20 cm sous la virole) enregistre une élévation rapide de température et oscille ensuite entre 800 et 1000 °C en fonction du contact ou non à la flamme. Les autres températures augmentent progressivement. 15 min aprÚs l?allumage du feu et que l?échantillon soit soumis à un flux thermique compris entre 10 et 15 kW/m2 sur toute sa surface extérieure, le module s?emballe et les températures enregistrées dépassent alors les 1200 °C (limite haute des thermocouples). La Figure 51présente une sélection de thermocouples afin de permettre une meilleure visualisation des variations de températures du module. Juste avant l?emballement thermique, les températures maximales enregistrées sur les faces du module sont de l?ordre de 480 °C. DÚs lors que la réaction du module débute (1544 s), le feu de propane est stoppé (1550 s) et la température enregistrée par le thermocouple dans le feu décroit. 16 secondes (1560 s) aprÚs les premiers signes de réaction, le thermocouple positionné sur la tab (face orientée vers le haut de la virole) dépasse 1200 °C. Il faut 13 secondes de plus (1573 s) pour que des températures supérieures à 1200 °C soient enregistrées sur l?ensemble des faces. AprÚs cela, l?ensemble des thermocouples est saturé et les valeurs enregistrées ne sont plus significatives. Figure 50 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 66 sur 200 Figure 51 : Enregistrements des températures lors de l?essai flux radiatif (sélection de thermocouples) La Figure 52 présente l?enregistrement effectué par le pyromÚtre. Cet enregistrement reflÚte la température en un point au centre de la face supérieure (proche des bornes). DÚs l?allumage du feu, des oscillations trÚs brÚves jusqu?à 1400 °C sont enregistrées mais ne sont pas représentatives de la température de la face (perturbation par les flammes). DÚs lors que le module réagit (1544 s), la température s?élÚve jusqu?à osciller entre des températures de 1100 à 1200 °C au plus fort de la réaction. Environ 5 min aprÚs le début de la réaction, les températures retombent en dessous de 800 °C. Il faut noter que les températures ainsi observées n?auraient pas suffi à saturer les thermocouples positionnés sur le module tels que cela a été observé. Les hypothÚses les plus probables sont que le montage (avec la virole autour) a gêné la mesure du pyromÚtre et les valeurs enregistrées ne sont pas celles du module ou le module s?est affaissé en cours d?essai et les valeurs mesurées sont celles de la paroi de la virole. En conclusion, nous proposons de ne pas retenir ces températures et nous préfÚrerons retenir celles qui seront enregistrées lors des autres essais, où le montage sera plus adapté. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 67 sur 200 Figure 52 : Enregistrements de la température effectuée par le pyromÚtre au centre de la face supérieure (proche des bornes) La Figure 53 présente l?enregistrement de tension effectué lors de l?essai flux radiant. Les premiÚres variations de tension (environ 1 V) se font ressentir à 1542 s, soit 2 secondes avant les premiÚres élévations de températures violentes enregistrées. La tension s?annule environ 1 min aprÚs le début de la réaction, ce qui atteste d?une réaction séquentielle des EC à l?intérieur du module. Figure 53 : Enregistrements de la tension du module lors de l?essai flux radiatif. La Figure 54 présente les flux thermiques enregistrés au cours de l?essai. Conformément aux autres éléments (thermocouples et vidéo), ils permettent de constater que la réaction dure environ 2 min 30. Un pic proche de 12 kW/m2 est enregistré par le fluxmÚtre positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut Ces résultats sont plus largement exploités dans le chapitre 12. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 68 sur 200 Figure 54 : Enregistrements des flux thermiques Pour compléter cette mesure, et comme une analyse de gaz a été réalisée lors de cet essai, des valeurs de débit calorifique et de chaleur de combustion ont pu être calculées par CDG et OC. Des détails sur ces méthodes sont donnés en Annexe 4. La Figure 55 présente ainsi les valeurs de débit calorifique (HRR) calculées par ces méthodes. De l?allumage du feu (T0) à la réaction du module (15 min), le débit calorifique est entiÚrement imputable au feu de propane. Celui-ci est stable, entre 1 et 1,3 MW. DÚs que la réaction s?amorce (15 min), le feu de propane est stoppé. Un régime transitoire sur une période d?environ 30 s est observé durant lequel il est difficile d?attribuer l?origine de la chaleur de combustion (feu de propane vs module). AprÚs cela, l?entiÚreté du débit calorifique est attribuée au feu du module. La réaction augmente progressivement en intensité jusqu?à atteindre un premier pic à 1,8 MW 1 min 30 aprÚs les premiers signes de réaction. Un second pic culminant à 2,4 MW est observé 2 min 10 aprÚs le début de réaction. En intégrant ces données, il est possible de calculer l?énergie totale dégagée. La Figure 56 présente cela. Les valeurs ainsi calculées sont comprises entre 178 MJ et 198 MJ selon la méthode choisie (respectivement CDG et OC). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 69 sur 200 Figure 55 : Débit calorifique (HRR) calculé par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 70 sur 200 Figure 56 : Chaleur de combustion calculée par CDG et OC lors de l?essai flux radiatif 7.2.3 Estimation de l?émittance de flamme L?émittance de flamme peut être estimée au moyen du modÚle de la flamme solide en postulant que le flux reçu par le fluxmÚtre suit la formule suivante : ?? = ????0 Avec : ?? = Flux reçu par le fluxmÚtre (kW/m²) ? = Facteur de transmissivité atmosphérique (-) ?? = Facteur de vue entre la flamme et le fluxmÚtre (-) ?0 = Emittance de flamme (kW/m²) Le facteur de vue est l?angle solide entre la flamme et le fluxmÚtre. Le facteur de transmissivité atmosphérique traduit l?absorption des rayonnements par l?air présente entre la surface radiante et le fluxmÚtre. Ce modÚle est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 2,5 m de hauteur et de 1 m de diamÚtre, - un flux rayonné mesuré au niveau du fluxmÚtre situé à 3 m de la flamme de 11 kW/m², Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 71 sur 200 L?émittance maximale calculée avec cette méthode est d?environ 170 kW/m². A noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. Une taille de flamme plus petite conduirait à une émittance plus élevée et inversement. Toutefois, au regard des températures mesurées et des conséquences observées, cet ordre de grandeur d?émittance semble physiquement possible. 7.3 SynthÚse Le Tableau 4 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 4 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence les points suivants : - l?emballement du module peut s?amorcer lorsque que ce dernier est soumis à un flux compris entre 10 et 15 kW/m² pendant environ 15 min. Cela laisse supposer qu?un stockage de modules exposé à un feu situé à quelques mÚtres pendant plus de 10 min est susceptible de s?enflammer ; - la durée de la réaction est trÚs courte (2,5 min) ; - l?émittance maximale de flamme issue de cet emballement est de l?ordre de 170 kW/m², caractéristique des feux de métaux. 8 Comportement d?une caisse de modules LMP prise dans un incendie (essai feu sur caisse) 8.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la réaction d?une caisse de modules LMP, lorsqu?elle est soumise à un feu externe. Cet essai a été réalisé le 22/03/2024. Plusieurs paramÚtres importants ont été étudiés : o Mesure de la température de début de réaction et de la température maximale de la réaction, o Mesure du flux thermique dégagé (HRR et THR), o Analyse des effets de la réaction (projection ?), o Mesure des gaz et particules émises (traitée dans une partie dédiée). Lors de l?essai feu, la caisse de modules chargées à 100% était positionnée au-dessus d?un lit de gravier à travers duquel diffusait un débit contrÃŽlé de gaz inflammable (en l?occurrence du propane). Ce systÚme a permis de maintenir une flamme relativement homogÚne englobant toute la surface de la caisse. Le flux thermique apporté par cette agression à la caisse excÚde à certains endroits 100 kW/m². L?alimentation en gaz s?est fait sous débit contrÃŽlé et à partir de plusieurs bouteilles de stockage disposées à l?extérieur de la chambre d?essai. Le montage expérimental est présenté en Figure 57. Le banc d?essai est placé au centre d?une chambre d?essai de 1000 m3 dotée d?une ventilation forcée d?environ 80 000 m3/h. Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du module (min) Durée totale de la réaction du module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (méthode CDG/OC) (MJ) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Flux thermique de 10 à 15 kW/m² 15 2.5 2400 178/198 > 1200 11 170 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 72 sur 200 Figure 57 : Montage expérimental de l?essai feu caisse La caisse de 7 modules, agencés tels que schématisés en Figure 58 a été placée horizontalement sur deux rangés de parpaing siporex, au-dessus du bac feu. Afin d?améliorer les prises de vues et le suivi de la réaction, la partie supérieure de la caisse ainsi que sa façade ont été retirées. Le feu de propane est allumé jusqu?à l?amorçage de l?emballement thermique. Figure 58 : Agencement des 7 modules dans la caisse Chaque module était équipé de deux thermocouples de type K, disposés tels que décrits sur la Figure 59. Le positionnement des fluxmÚtres est détaillé sur cette même figure. La hauteur h1 est de 135 cm. Compte tenu des températures élevées attendues, en plus des thermocouples de type K (saturation à 1200 °C), un pyromÚtre bichromatique pyrospot a été mis en oeuvre. Celui-ci a permis d?enregistrer des températures allant de 400°C à 1600°C par mesures infrarouges sur une zone définie. Lors de cet essai, le pyromÚtre pointait le centre de la face visible (proche des bornes) du module 4 sur une surface circulaire d?environ 2 cm de diamÚtre. Il est à noter que, pour cet essai, la caméra thermique utilisée permet un enregistrement des températures jusqu?à 2000 °C et non 660°C comme celle utilisée lors d?autres essais. Comme pour le pyromÚtre, avec ce type de mesure, l?émittance de la flamme n?étant pas connue (fixée arbitrairement à 0,95), la précision de la valeur de température est de l?ordre de 10 %. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 73 sur 200 Figure 59 : Disposition des thermocouples et des fluxmÚtres 8.2 Résultats 8.2.1 Observations La Figure 60 présente des extraits vidéos enregistrés par la caméra infrarouge et permet de suivre le déroulé de l?essai. Le feu de propane est allumé 11 min avant la premiÚre réaction visible d?un module. Il faut noter que du fait de la ventilation forcée et des arrivées d?air pas parfaitement symétriques, le feu de propane tire vers le module 1. Cette asymétrie du feu est assez visible sur les images -3min 52 s et -14 s de la Figure 61. De fait, le module 1 (à gauche de la caisse) réagit en premier. Le gaz est arrêté environ 15 s aprÚs les premiers signes de réaction. Le module 2 commence à réagir 2 min 21 s aprÚs le module 1. L?ensemble des modules réagiront ainsi de suite, avec des effets comparables à ceux observés lors des essais précédents (projection de métal en fusion, flammes, etc.). Le temps de propagation moyen entre deux modules est de 1 min 30 s tandis que le temps le plus court est de 34 s (module 2 à 3) et le plus long 2 min 21 s (module 1 à 2). Comme la réaction d?un module dure environ 2 min 30 s, le nombre de modules réagissant simultanément ne dépasse pas 2 à 3. 15 minutes aprÚs le début de la réaction du premier module, la réaction baisse d?intensité, des flammes restent cependant visibles et les températures sur l?amas de résidus est proche de 1500 °C pendant plusieurs minutes. Une flaque de résidus en fusion reste visible au sol de la chambre d?essai. La température de cette flaque reste au-dessus de 1000 °C plusieurs minutes (3 à 5 min) et dépasse ponctuellement 1200 °C. A noter que la dynamique de propagation du feu dans cette configuration est plus rapide que celle que l?on observerait en l?absence de feu de propane car ce dernier a contribué dans un premier temps à fragiliser et à chauffer tous les modules. Les temps de propagation observés ici (entre 34 s et 2 min 21 s) sont donc raccourcis par l?agression initiale du feu de propane. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 74 sur 200 Figure 60 : Captures d?écran de la caméra infrarouge lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 75 sur 200 Figure 61 : Captures d?écran de la vidéo lors de l?essai feu caisse Les photos aprÚs essai sont présentées en figure 62. De maniÚre similaire aux autres essais, elles permettent de constater que la caisse de modules est complÚtement détruite. Des résidus rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées au niveau du sol. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 76 sur 200 Figure 62 : Photos prises aprÚs l?essai feu caisse 8.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 63 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le TC bac feu permet de constater l?allumage du feu de propane dÚs lors que des valeurs autour de 900 °C sont enregistrées. DÚs que le feu est éteint (11 min 15 s aprÚs allumage), les températures enregistrées par ce thermocouple décroissent. La réaction du premier module est marquée par l?augmentation trÚs rapide des thermocouples « M1_TC1 » et « M1_TC2 », dépassant 1200 °C. DÚs lors, l?ensemble des thermocouples enregistrent des augmentations brutales et au-delà de 1200 °C, dans un ordre ne correspondant pas à la séquence de propagation observée par caméra infrarouge. L?ensemble des enregistrements en température est présenté en Figure 64 mais ne sera pas exploité du fait des pertes d?information répétées. En revanche, le pyromÚtre a pu enregistrer des températures tout au long de l?essai. Durant la phase de feu de propane, le signal est trÚs bruité et ne sera pas exploité. Dans les premiers moments de la réaction, dÚs lors que le feu de propane est coupé, le pyromÚtre enregistre des températures inférieures à 400 °C. Il faut attendre 3 minutes pour que les températures enregistrées dépassent les 400°C sur un signal trÚs bruité. 5 min 25 s aprÚs le début de la réaction, le pyromÚtre enregistre des températures comprises entre 1200 et 1400°C pendant environ 3 minutes. Cette temporalité coïncide avec ce qui a été observé sur la caméra thermique (réaction du module 4). Enfin, les tensions enregistrées sont perdues quelques minutes aprÚs l?allumage du feu de propane et ne sont donc pas exploitables. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 77 sur 200 Figure 63 : Données enregistrées lors de l'essai feu caisse Figure 64 : Enregistrements de températures lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 78 sur 200 En plus des thermocouples et du pyromÚtre, la caméra thermique permet de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 65 présente ainsi la température maximale enregistrée par la caméra thermique en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température passe en moins de 20 s de 1000 °C (température du feu de propane) à plus de 1300 °C. Tout au long de la réaction, la température oscille entre 1300 et 1615 °C. Cette température est 200 °C plus élevée que la température enregistrée par le pyromÚtre car la zone concernée (1 pixel soit 0.25 cm²) est plus localisée que la surface moyenne sur laquelle le pyromÚtre travaille. En confrontant ces deux mesures, il est possible de conclure que la réaction produit des températures de l?ordre de 1400 °C et qui peuvent atteindre trÚs localement 1600 °C. Figure 65 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique La Figure 66 propose une extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules. De maniÚre générale, la température moyenne sur la face au cours de la réaction est de 1200-1300 °C. Cette extraction permet d?estimer les temps de réaction de chaque module, et de visualiser la dynamique de la propagation d?emballement thermique. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 79 sur 200 Figure 66 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules La Figure 67 présente les flux thermiques enregistrés au cours de l?essai. Conformément aux autres éléments (vidéo infra-rouge), ils permettent de constater que la réaction globale dure environ 12 min. Un pic proche de 22 kW/m2 est enregistré par le fluxmÚtre 4 positionné à 3,5 m de l?échantillon et à 2 m de haut. De maniÚre générale, ce fluxmÚtre enregistre des valeurs de flux supérieures aux autres fluxmÚtres du fait de son positionnement dans le sens du flux créé par la ventilation forcée orientant les flammes du cÃŽté de ce fluxmÚtre. En fin de réaction, lorsque les modules qui réagissent sont situés à l?opposé, cet écart se réduit. Chacun des pics de cette figure correspond au pic d?intensité d?un module et est cohérent avec les autres analyses effectuées. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 80 sur 200 Figure 67 : Flux radiatifs enregistrés par les fluxmÚtres lors de l?essai feu caisse. Pour compléter cette mesure, et comme une analyse de gaz a été réalisée lors de cet essai, des valeurs de débit calorifique et de chaleur de combustion ont pu être calculées par CDG et OC. Des détails sur ces méthodes sont donnés en annexe 4. Les deux courbes sont présentées mais nous préfÚrerons utiliser les résultats du calcul d?OC pour l?exploitation (moins sujet aux variations de coefficients selon le combustible). La Figure 68 présente ainsi les valeurs de débit calorifique (HRR) calculés par ces méthodes. De l?allumage du feu (T0) à la réaction du module (15 min), le débit calorifique est entiÚrement imputable au feu de propane. Celui-ci est stable à environ 1,5 MW. DÚs que la réaction est observée (12 min), le feu de propane est arrêté. Un régime transitoire d?environ 30 s est observé durant lequel il est difficile d?attribuer l?origine de la chaleur de combustion (feu de propane vs module). AprÚs cela, l?entiÚreté de la chaleur de combustion est attribuée au feu des modules. La réaction augmente progressivement en intensité jusqu?à atteindre un premier pic à 4 MW 2 min 30 s aprÚs les premiers signes de réaction et correspondant à la réaction simultanée des deux premiers modules. Des pics s?enchaînent ensuite en fonction de la réaction des modules. Le maximum d?intensité est calculé environ 10 min aprÚs le début de la réaction et correspond à la réaction quasi simultanée des modules 6 et 7. Ce pic atteint 5,5 MW. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 81 sur 200 En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Les valeurs ainsi calculées sont respectivement 1872 MJ et 2143 MJ selon la méthode choisie, soit une chaleur de combustion d?environ 10,2 MJ/kg, en utilisant la perte de masse mesurée (fig. 69). On rappelle que le PCI du bois est de 18 MJ/kg. Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car elle a en partie brulé lors de la phase avant l?emballement du premier module. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Figure 68 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu sur caisse La Figure 69 présente la perte de masse au cours de l?essai. La perte totale de masse mesurée est de 185 kg soit 2/3 de la masse initiale de l?échantillon. La perte de masse observée pendant les 14 premiÚres minutes est due à l?évaporation de l?humidité présente dans les graviers et le sable disposés au sol et à la combustion partielle de la caisse en carton/bois. La dérivation de cette courbe permet d?obtenir le débit massique qui culmine à 280 g/s 5 min aprÚs le début de la réaction. La vitesse de combustion surfacique maximale atteint donc 280 g/m²/s et la vitesse moyenne atteint 185 g/m²/s pendant la durée de réaction des modules (de la 15iÚme à la 25iÚme minute). A titre de comparaison, la vitesse de combustion de 2 m² d?heptane (composant de l?essence) atteint 60 g/m²/s. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 82 sur 200 Figure 69 : Perte de masse et débit massique lors de l?essai feu caisse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 83 sur 200 8.2.3 Estimation de l?émittance de flamme Le modÚle présenté au paragraphe 7.2.3 est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 1,5 à 2 m de hauteur et de 1 m de diamÚtre, - un flux maximal mesuré au niveau du fluxmÚtre F1 situé à 3 m de la flamme de 10 kW/m² (le fluxmÚtre 4 mesure 22 kW/m² mais l?interprétation de ces résultats est plus difficile car la flamme penche vers ce fluxmÚtre). L?émittance maximale calculée avec cette méthode varie entre 165 et 200 kW/m². A noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations à un instant t. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. 8.3 SynthÚse Le Tableau 5 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 5 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie A moyenne échelle, des émittances de flamme élevée ont pu être mesurées dont le maximum a pu être évalué entre 165 et 200 kW/m². Par ailleurs, les températures observées sont caractéristiques des feux de métaux. L?énergie libérée est environ 10 fois plus élevée que celle mesurée lors de l?essai sur un module. L?énergie libérée lors de cet essai par module est donc plus important. Cela peut s?expliquer par le type d?agression plus intense pour cet essai, un effet d?échelle ou encore la présence de matériaux additionnels (palette, ?). Date de l'essai Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode CDG/OC) (MJ) Chaleur de combustion (modules seuls) (MJ/kg) Durée de réaction des modules (min) 22/03/2024 7 feu englobant > 100 kW/m² 11 5500 1872/2143 10.2 10 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Vitesse de combustion moyenne (g/m²/s) Température maximale mesurées par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique (°C) Températur moyenne mesurée par la caméra thermique (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) 66 280 185 > 1200 1615 1400 10 165-200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 84 sur 200 9 Propagation de l?emballement thermique d?un module au sein d?une caisse (essai de propagation sur caisse) 9.1 Objectif et description du protocole d?essai Cette sous-partie a pour objectif de caractériser la possibilité de propagation au sein d?une caisse et entre caisses en cas de réaction d?un module au sein d?une caisse. Cet essai a été réalisé le 07/03/2024. Plusieurs paramÚtres importants seront étudiés : o Analyse de la propagation aux modules et caisses voisines en condition de stockage, o Mesure du flux thermique dégagé (HRR et THR), o Analyse des effets de la réaction (projection ?), o Conclusion sur la possibilité de propagation de l?emballement thermique d?un seul module au reste de la caisse, voir au reste de l?entrepÃŽt. Lors de l?essai propagation, deux caisses de modules chargées à 100 % ont été positionnées l?une sur l?autre. Chacune des caisses contenait trois modules devant être chargées à 100 % et 4 boitiers de modules vides utilisés pour reproduire l?encombrement dans une caisse sans augmenter la charge calorifique (pour assurer la sécurité du moyen d?essai). La disposition des modules et des caisses est présentée en Figure 70. Figure 70 : Disposition des modules dans les caisses. Le module central de la caisse du bas (C1M3) était équipé d?un pad chauffant ayant les caractéristiques suivantes : o Taille de pad : 50 x 15 cm, o Puissance : 3 300 W (4,4 W/cm2), o Température maximale 600°C. L?assemblage était placé au centre d?une chambre d?essai de 1000 m3 dotée d?une ventilation forcée de 80 000 m3/h. Le montage expérimental est présenté en Figure 71. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 85 sur 200 Figure 71 : Montage expérimental de l?essai propagation caisse Chaque module est équipé de thermocouples de type K, disposés tels que décrits sur la Figure 72. Le positionnement des fluxmÚtres est détaillé sur cette même figure (h1 =1,35 m). Figure 72 : Positionnement des thermocouples et des fluxmÚtres lors de l?essai propagation caisse Il est à noter que, pour cet essai, la caméra thermique utilisée permet un enregistrement des températures jusqu?à 2000 °C et non 660 °C comme pour d?autres essais. Elle a été cependant placée derriÚre un écran de protection, ce qui affecte les valeurs de températures mesurées et qui ne pourront pas être prises en compte. Cet écran a été utilisé seulement pour cet essai. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 86 sur 200 9.2 Résultats 9.2.1 Observations La Figure 73 présente des extraits vidéos enregistrés par la caméra infrarouge et permet de suivre le déroulé de l?essai. Le pad chauffant est allumé 640 s avant la premiÚre réaction visible d?un module. Aucune évolution n?est visible durant ce laps de temps car l?échauffement est masqué par la présence des caisses. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. Le pad chauffant est immédiatement arrêté et la réaction s?intensifie rapidement. 1 min aprÚs les premiers signes de réaction, la réaction est particuliÚrement intense. Les images des caméras présentées en Figure 74 permettent de mieux se rendre compte de l?intensité des flammes. Les modules étant placés à l?intérieur de caisses, il est difficile de suivre la propagation de la réaction. A environ 3 min, une accalmie de la réaction perceptible sur les enregistrements IR et HD est visible. A cet instant, la partie gauche de la façade de la caisse supérieure est tombée et permet de constater que les modules de la caisse supérieure n?ont pour l?instant pas réagi. Le premier module de la caisse du haut commence à réagir à 3 min 30 sec et les modules suivants commenceront à réagir respectivement 1 min et 2 min 30 sec plus tard. La phase violente de la réaction se termine environ 9 min aprÚs le début de réaction mais une réaction lente, correspondant à la combustion des résidus, des casings de modules vides et des caisses en bois se poursuit pendant plusieurs dizaines de minutes. Les effets sont comparables à ceux observés lors des essais précédents (projection de métal en fusion, flammes, etc.), une flaque de résidus en fusion est visible sur le sol de la cellule d?essai. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 87 sur 200 Figure 73 : Captures d?écran de la vidéo infrarouge lors de l?essai propagation caisse. Attention, ne pas tenir compte des températures relevées (effet écran de la protection) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 88 sur 200 Figure 74 : Captures d?écran des caméras lors de l?essai de propagation caisse Les photos aprÚs essai sont présentées en Figure 75. De maniÚre similaire aux autres essais, elles permettent de constater que la caisse de module est complÚtement détruite. Des résidus rougeâtres sont visibles ainsi que des flaques resolidifiées au niveau du sol. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 89 sur 200 Figure 75 : Photos aprÚs l?essai de propagation caisse 9.2.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 76 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le pad chauffant est allumé 11 min avant que les premiers effets soient observables. Alors que le thermocouple placé sur le pad chauffant enregistre 354°C et que le thermocouple placé à 1 cm du pad (sur le casing du module), censé être plus représentatif de la température interne, atteint 164°C, la réaction débute (788 s). A cet instant, les modules adjacents enregistrent une température maximale de 32°C et l?ensemble des autres modules ont une température de peau à 10°C (température ambiante). Le pad est immédiatement éteint. Une augmentation progressive de la température est enregistrée par les thermocouples placés sur le module 3 pendant 25 s. Alors que le thermocouple placé sur le pad enregistre 660°C une augmentation brutale de la température est enregistrée (817 s), en quelques secondes l?ensemble des thermocouples placés sur le module 3 sont saturés (1200 °C). 3 secondes plus tard, l?ensemble des thermocouples de la caisse du bas sont saturés. Dans la caisse du haut, une augmentation progressive de température se fait ressentir aprÚs une minute de réaction (850 s) et des valeurs aberrantes seront affichées 30 secondes plus tard. Il est trÚs probable que la réaction de la caisse du bas ait affectée l?intégrité des thermocouples, sans que l?on puisse conclure sur les températures de la caisse du haut à partir de cet instant. DÚs lors, les mesures de températures ne sont plus exploitables. La tension du module 3 varie de quelques volts 2 à 3 secondes avant les premiers signes de réaction. Elle décroit ensuite et s?annule 20 secondes plus tard (807 s). Les tensions des modules adjacents s?annulent respectivement 7 et 8 secondes plus tard. Dans la caisse 2, les tensions s?annulent brutalement environ 40 secondes aprÚs les premiers signes de réaction, ce qui correspond à l?intensification de la réaction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 90 sur 200 Figure 76 : Données enregistrées lors de l?essai propagation caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 91 sur 200 Le flux thermique à 3,5 m prend des valeurs conséquentes (> 5 kW/m2) environ 40 s aprÚs le début de la réaction. La Figure 77 présente les enregistrements réalisés par les 4 fluxmÚtres lors de l?essai. Le fluxmÚtre 3 enregistre les valeurs de flux les plus élevées, ce qui est cohérent avec les observations de la vidéo (Figure 74) dans laquelle on constate que les flammes ont tendance à sortir vers l?avant de la caisse, où est positionné le fluxmÚtre 3. Un pic à 18 kW/m2 est ainsi enregistré par le fluxmÚtre 3, 1 min 10 s aprÚs les premiers signes de réaction (860 s). Un pic d?intensité plus faible (14 kW/m2) est enregistré 1 min plus tard. S?en suit une accalmie de la réaction marquant la fin de la réaction de la premiÚre caisse (caisse du bas). 4 min 20 sec aprÚs les premiers signes de réaction, la réaction se réintensifie, signalant le début de la réaction de la caisse du haut. Cette réaction est marquée par 3 pics correspondant à la réaction des 3 modules. Environ 9 min aprÚs le début de réaction, les flux repassent sous les 6 kW/m2 marquant la fin de la phase intense de réaction. Il faudra environ 30 min pour que le flux 3 repasse en dessous de 1 kW/m2. Figure 77 : Flux thermiques enregistrés lors de l?essai de propagation sur caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 92 sur 200 La même dynamique de réaction est observée sur le débit calorifique calculé avec les méthodes calorimétriques OC et CDG détaillées en Annexe 4 et présentées en Figure 78. Les deux courbes sont présentées mais nous préfÚrerons utiliser les résultats du calcul d?OC pour l?exploitation (moins sujet aux variations de coefficients selon le combustible). La valeur maximale de HRR calculée est de 9 MW. A l?issue de la réaction violente, un débit calorifique entre 500 et 1000 kW est enregistré pendant plusieurs dizaines de minutes. En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Les valeurs ainsi calculées sont respectivement 1759 MJ et 2086 MJ selon la méthode choisie, soit environ 12 MJ/kg (en utilisant la perte de masse mesurée (fig. 79)). On rappelle que la chaleur de combustion du bois est de 18 MJ/kg. Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car la combustion du bois, plus lente aura lieu majoritairement aprÚs 10 min. Au total (aprÚs 90 min), ce pouvoir calorifique spécifique est de 13 MJ/kg, en prenant en compte les matiÚres cellulosiques brulées. Ces résultats sont plus largement exploités dans la partie 12. Figure 78 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 93 sur 200 La Figure 79 présente enfin la perte de masse au cours de l?essai. La tare de la balance n?a pas été effectuée avant la mise en place de l?échantillon, et le poids initial n?est donc pas exploitable. La perte de masse à la fin de la réaction violente est de 146 kg, ce qui correspond comme lors de l?essai feu à environ 2/3 de la masse des modules. La perte totale de masse mesurée est de 219 kg. La dérivation de cette courbe permet d?obtenir le débit massique qui culmine à 450 g/s 90 sec aprÚs le début de la réaction. La vitesse de combustion surfacique maximale atteint donc 450 g/m²/s et la vitesse moyenne pendant les 9 premiÚres minutes pendant lesquelles les modules réagissent atteint 250 g/m²/s. Figure 79 : Evolution de la masse au cours de l?essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 94 sur 200 9.2.3 Estimation de l?émittance de flamme Le modÚle présenté au paragraphe 7.2.3 est appliqué au pic de puissance en prenant en compte les hypothÚses suivantes : - une flamme de 2 m de hauteur et de 2 m de diamÚtre au pic de puissance, - un flux radiatif mesuré au niveau du fluxmÚtre situé à 3 m de la flamme de 18 kW/m². L?émittance maximale calculée avec cette méthode est d?environ 180 kW/m². Il est à noter qu?il s?agit uniquement d?une estimation basée sur des observations. Une incertitude forte repose sur la taille de la flamme et la distance entre la flamme et le fluxmÚtre. Une taille de flamme plus petite conduirait à une émittance plus élevée et inversement. 9.3 SynthÚse Le Tableau 6 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 6 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie Les résultats obtenus dans le cadre de cette expérimentation corroborent avec ceux obtenus lors de l?essai de feu englobant (chapitre 8), à savoir des émittances de flammes élevées, une durée d?essai trÚs courte liée à la réaction rapide des modules, des débits calorifiques et températures trÚs élevés. L?ordre de grandeur d?énergie totale libérée est conservé. Date du test Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode CDG/OC) (MJ) Chaleur de combustion (modules seuls) (MJ/kg) Durée de réaction des modules (min) 07/03/2024 6 Pad chauffant sur un module 11 9000 1759/2086 12 9 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Vitesse de combustion moyenne (g/m²/s) Température maximale mesurée par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique (°C) Température moyenne mesurée par la caméra thermique (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) 66 450 250 > 1200 Non mesuré Non mesuré 18 180 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 95 sur 200 10 Influence du sprinklage sur l?incendie Cette sous-partie a pour objectif d?évaluer l?efficacité de l?extinction à eau sur des feux de batteries LMP. Ce moyen d?extinction équipait l?entrepÃŽt de stockage de Grand-Couronne, et a montré une efficacité relativement modérée. Divers documents de la littérature, y compris émis par l?Ineris, questionne l?efficacité que pourrait avoir de l?eau sur un feu impliquant en partie du Li métallique, hydro réactif, conduisant parfois à déconseiller son usage sur des feux de batteries types LMP. Afin d?apporter des éléments de réponse à ces questions, les essais de propagation dans la caisse et de feu englobant autour d?une caisse ont été reproduits en déclenchant le sprinklage en cours de réaction dans l?objectif d?évaluer son effet sur : o Le flux thermique dégagé (HRR et THR), o Les effets de la réaction (projection, ?), o La propagation de l?emballement thermique d?un module isolé, o Les émissions de gaz (traité au chapitre 11). Les protocoles expérimentaux sont identiques à ceux des essais décrits aux paragraphes 8.1 et 9.1. Les seules différences notables sont : - Pour l?essai propagation caisse + sprinklage : o La face avant de la caisse a été retirée pour permettre une meilleure visibilité, o La caméra infrarouge n?a pas été placée derriÚre un écran de protection en revanche les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra, o Des gaines de protections thermiques ont été ajoutées sur les thermocouples et fils de mesure de tension, o Le nombre de thermocouples a été réduit. L?implantation est donnée en Figure 80. Figure 80 : Implantation des thermocouples pour l?essai propagation caisse avec sprinklage - Pour l?essai feu caisse + sprinklage : o La face supérieure de la caisse a été conservée pour permettre d?être représentative par rapport à l?influence que cela pourrait avoir sur le sprinklage. Les modules sont chargés à 100 %. Les photos des montages avant essai sont présentées en Figure 81. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 96 sur 200 Figure 81 : Photos des montages « propagation caisse » et « feu caisse » pour les essais avec sprinklage. Pour ces essais, un systÚme de sprinklage a été mis en oeuvre. En l?absence de données disponibles par ailleurs sur l?extinction à l?eau de ce type d?incendie, les conditions de sprinklage ont été choisies en accord avec Blue Solutions. Les conditions de sprinklage de l?entrepÃŽt1 ont servi de base de réflexion et adaptées dans la mesure où les essais de cette campagne ont lieu sur des caisses isolées et non "protégée" par des racks ou d'autres caisses au-dessus, conduisant à une densité de 7 modules/m². Ainsi, nous avons adapté le débit en divisant par 3 le débit surfacique de référence, soit 30 l/m²/min. 4 têtes ont ainsi été disposées pour couvrir 9 m² de la chambre d'essai conduisant à un débit total dans la chambre d'essai d'environ 300 l/min. Les limites du montage expérimental (pompes, ?) ont conduit à ajuster ce débit à 400 l/min. Aussi, le déclenchement du sprinklage est ici démarré sur la base d?un temps à partir de la premiÚre réaction (1 min 45s et 3 min 10 s) contrairement à l?entrepÃŽt où le déclenchement est fait sur éclatement des têtes. Des représentations schématiques ainsi que des photos de ce systÚme d?extinction sont représentées sur la Figure 82. 1 A titre de comparaison dans l?entrepÃŽt de Grand-Couronne, la protection incendie était composée de têtes de sprinklers k14 (en unité impériale, correspondant à k202 en unité S.I) alimentées par une pression de 5,2 bars, correspondant à un débit surfacique de 102 l/m²/min pour une densité de modules estimée à 20 modules/m². Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 97 sur 200 Figure 82 : Schémas et photo du dispositif d?extinction 10.1 Influence du sprinklage : essai de propagation caisse 10.1.1 .Observations Cet essai a été réalisé le 04/04/2024. Les Figures 83 et 84 présentent des extraits vidéos enregistrés par les caméras classiques et la caméra infrarouge. Cela permet de suivre le déroulé de l?essai. Le pad chauffant est allumé 587 s avant la premiÚre réaction visible d?un module. Hormis la présence de légÚres fumées, aucune évolution n?est visible durant ce laps de temps. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. Le pad chauffant est immédiatement arrêté et la réaction s?intensifie rapidement, conformément au premier essai de ce type réalisé. Environ 1 min 45 s aprÚs les premiers signes de réaction, le sprinklage est déclenché à un débit de 400 l/min. La chambre d?essai se remplit rapidement de vapeur d?eau et empêche une bonne visualisation de la réaction par la caméra. La Caméra IR permet cependant de continuer le suivi. Deux minutes aprÚs le début du sprinklage, la caméra IR permet de visualiser qu?aucun des modules de la caisse du haut n?a réagi. Cette réaction aura finalement lieu 6 min 15 s aprÚs le début du sprinklage et environ 8 min aprÚs les premiers signes de réaction. C?est un gain de plus de 4 min 30 s comparé au premier essai de ce type (le premier module de la caisse du haut avait commencé à réagir à 3 min 30 s aprÚs la réaction du premier module). La caisse du haut finit de réagir environ 13 min aprÚs le début de réaction du premier module et le sprinklage est arrêté 18 min aprÚs son déclenchement (cuves de rétention pleines). A l?issue de l?essai, l?ensemble des modules « réels » ont complÚtement réagi (de maniÚre similaire à l?essai sans extinction) mais certains des casings vides placés sur le cÃŽté gauche des caisses semblent avoir subi un impact thermique limité, ce qui indique un impact positif du sprinklage. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 98 sur 200 Figure 83 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 99 sur 200 Figure 84 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 100 sur 200 10.1.2 Caractéristiques thermiques de l?incendie La Figure 85 présente les données enregistrées lors de l?essai. Le pad chauffant est allumé 9 min 50 s avant que les premiers effets ne soient observables. Alors que le thermocouple placé sur le pad chauffant enregistre 740 °C et que le thermocouple placé à 1 cm du pad (sur le casing du module), censé être plus représentatif de la température interne, atteint 172 °C, la réaction débute (750 s). A cet instant, les autres modules enregistrent une température d?environ 15 °C. DÚs l?amorçage de la réaction, le pad est immédiatement éteint et en quelques secondes, l?ensemble des thermocouples placés sur les modules de la caisse 1 sont saturés (1200 °C). Une centaine de secondes plus tard, les thermocouples de la caisse 2 placés à proximité des modules en réaction sont aussi saturés. DÚs lors, les mesures de températures de la caisse 1 ne sont plus exploitables. Le sprinklage est déclenché à 950 s, 1 min 40 aprÚs le début de réaction, sans que cela n?ait un effet sur la température enregistrée par le TC C2M6, l?un des rares thermocouples de la caisse du haut encore fonctionnels à cet instant. Au moment du déclenchement du sprinklage, toutes les tensions sauf celles du module 4 de la caisse 2 sont nulles, qui s?annulera brutalement 10 s plus tard (perte de la mesure). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 101 sur 200 Figure 85 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 102 sur 200 La Figure 86 présente les températures enregistrées par le thermocouple placé au niveau du dispositif d?extinction (au-dessus des caisses, dans l?air à 6 m de hauteur) et au niveau du bac feu. Le premier permet de constater que le sprinklage est déclenché alors qu?il enregistre une température de 120 °C, compatible avec la valeur seuil d?un systÚme de déclenchement classique. Au moment du déclenchement, une élévation importante et subite de la température est enregistrée. Elle est probablement attribuable au fait que l?arrivée d?eau froide sur la partie basse de la chambre provoque un mouvement des masses d?air chauds vers les parties supérieures. Passée cette élévation brutale, la température refroidit et se stabilise autour de 50°C en une centaine de secondes. Le thermocouple placé sur le bac feu (qui n?est pas allumé lors de cet essai) permet de détecter assez clairement le début de la réaction de la caisse 2. Celle-ci a lieu 650 s aprÚs le début de réaction de la caisse 1 qui a lieu environ 7 min aprÚs le début de réaction (conformément aux observations faites par la caméra IR). Figure 86 : Températures enregistrées par le thermocouple « sprinkler » (positionné à 5 m de haut) et par le thermocouple « bac feu » (positionné à 5 cm du bac feu, sous les caisses de modules) En plus des thermocouples, le pyromÚtre et la caméra thermique permettent de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 87 présente ainsi la température maximale enregistrée par ces deux instruments, en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température atteint en moins d?une minute des valeurs supérieures à 1400 °C. Au déclenchement du sprinklage, la température maximale de la réaction chute rapidement puis se stabilise autour de 500-600 °C. DÚs l?arrêt du sprinklage, la température maximale enregistrée par la caméra thermique remonte à des valeurs proches de 1300 °C (au niveau des résidus en fusion). On notera que le pyromÚtre ne mesure pas cette remontée en température car, suite à l?effondrement des caisses, il pointe la paroi de la chambre d?essais. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 103 sur 200 Figure 87 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas). Les mesures de températures durant le sprinklage peuvent être affectées par la présence de gouttelettes d?eau entre le feu et l?objectif de la caméra. La Figure 88 présente les tensions enregistrées lors de l?essai. La tension du module 2 (module abusé) est logiquement la premiÚre à varier et met environ 1 min à s?annuler. Les tensions des modules 1 et 3 varient dans la minute suivante montrant que ces modules sont rapidement affectés par la réaction de leur voisin. Pour les modules 4, 5 et 6 (caisse du haut), les variations sont ressenties 1 min 30 aprÚs le début de réaction (chutes brutales, remontées, ?). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 104 sur 200 Figure 88 : Enregistrements des tensions lors de l?essai propagation caisse + sprinklage La Figure 89 présente les mesures des fluxmÚtres lors de cet essai. En début de réaction, un pic à 12 kW/m2 est observé, assez conforme à ce qui a été observé lors des essais précédents pour des fluxmÚtres placés de maniÚre similaire. A peine quelques secondes aprÚs l?allumage du sprinklage, cette valeur est, sans surprise, divisée par 5. Il faut noter, que dans ces conditions, cette mesure est affectée par la vapeur et les gouttelettes d?eau formant un écran entre la source et le fluxmÚtre. Le sprinklage est arrêté 18 min aprÚs son allumage et les valeurs de flux radiatifs ne remonteront que trÚs peu (inférieures à 0.5 kW/m2), potentiellement à cause de la fin de l?écrantage des gouttes d?eau. Figure 89 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 105 sur 200 Le débit Calorifique (calculé par OC), présenté en Figure 90, suit la même évolution. Un pic à 9 MW est atteint (identique à l?essai sans sprinklage) et, dÚs que le sprinklage est activé, les valeurs chutent. La chute est cependant moins marquée car ici la mesure n?est pas affectée par l?écrantage des gouttes d?eau ce qui montre que des réactions de combustion ont lieu. Ainsi une minute aprÚs le début du sprinklage, un pic à 6,5 MW est observé correspondant probablement à la réaction du troisiÚme module de la caisse du bas (profil assez similaire à l?essai sans sprinklage (Cf. Figure 78)). Le débit calorifique conserve ensuite une tendance décroissante malgré la présence de quelques pics à 4 MW. 10 min aprÚs le début du sprinklage, le débit calorifique remonte et stagne à 2 MW pendant 1 min. Cela correspond probablement à la réaction de la caisse du haut, qui est semble-t-il globalement moins violente (lors de l?essai sans sprinklage, des valeurs de HRR allant de 4 à 5 MW étaient atteintes lors de la réaction de la caisse du haut). En ce sens, le sprinklage semble bénéfique. Figure 90 : Débit calorifique (calculé par OC) et débit d?eau appliqué lors de l?essai propagation caisse + sprinklage En intégrant ces données, il est possible de calculer la chaleur de combustion correspondante. Celle-ci est présentée en Figure 91. Seule la courbe OC est analysée, la courbe CDG présentant des dérives liées à l?incertitudes sur les coefficients calorimétriques. Au déclenchement du sprinklage, la valeur de l?énergie dégagée est de 470 MJ. Celle-ci, en prenant comme référence l?essai feu sur module (Figure 56), correspond environ à la réaction de deux à trois modules. Finalement, aprÚs extinction, lorsque la réaction des modules est terminée, 1900 MJ auront été émis, ce qui est trÚs similaire à la valeur obtenue sans sprinklage (1800 MJ). Le pouvoir calorifique de la caisse en bois/carton n?est pas pris en compte dans ce calcul car la combustion du bois, plus lente aura lieu majoritairement aprÚs. Au total (aprÚs 90 min), l?énergie totale émise est de 2800 MJ, là aussi trÚs similaire à l?essai sans extinction. Il peut être déduit de ces résultats que l?extinction n?influe pas sur la chaleur totale dégagée par la réaction. Elle influe sur le temps de libération de cette chaleur qui est prolongée. Ces valeurs ne peuvent pas être rapportées à la masse perdue car la perte de masse est totalement faussée par l?aspersion puis l?évaporation d?eau sur le peson. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 106 sur 200 Figure 91 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de propagation caisse + sprinklage 10.1.3 SynthÚse Le Tableau 7 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 7 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie L?émittance maximale n?a pas été calculée car le flux radiatif maximal reçu par le fluxmÚtre est mesuré à un instant où le sprinklage est activé. Ces résultats nous montrent que le sprinklage a influé légÚrement sur la durée totale de réaction des modules (on passe de 9 min à 14 min). Il a également permis de faire chuter les températures autour du foyer. A noter que la température reste élevée et montre que le sprinklage n?a pas contrÃŽlé le feu. Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode OC/CDG) (MJ) Chaleur de combustion (MJ/kg) Durée totale de réaction des modules (min) 6 Pad chauffant sur un module 9.8 min 9000 1924/2300 Non mesuré 14 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Température maximale mesurée par la caméra thermique avant le sprinklage (°C) Température moyenne mesurée par la caméra thermique pendant le sprinklage (°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Non mesuré Non mesuré > 1200 1400 600 12 Non mesuré Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 107 sur 200 10.2 Influence du sprinklage sur l?incendie : essai feu englobant sur caisse 10.2.1 Observations Cet essai a été réalisé le 16/04/2024. Le feu de la caisse est initié par un feu de propane englobant. Les Figures 92 et 93 présentent des extraits vidéos enregistrés par les caméras classiques et la caméra infrarouge. Cela permet de suivre le déroulé de l?essai. Le feu est allumé 10 min avant la premiÚre réaction visible d?un module. DÚs les premiers instants de la réaction, des projections sont visibles. La réaction se propage alors au second module (1 min 30 s) puis au troisiÚme module (2 min 20 s), dans un tempo similaire à l?essai feu caisse sans extinction. Le feu est arrêté 2 min 33 s aprÚs que les premiers effets aient été observés, soit quelques secondes aprÚs le début de réaction du 3Úme module. Environ 3 min aprÚs les premiers signes de réaction, le sprinklage est déclenché à un débit de 400 l/min. La chambre d?essai se remplit rapidement de vapeur d?eau et empêche une bonne visualisation de la réaction par la caméra. La caméra IR permet cependant de continuer le suivi. Une minute aprÚs le début du sprinklage, la caméra IR permet de visualiser la réaction du 4eme module. Cette réaction sera la derniÚre et les modules 5, 6 et 7 ne réagiront pas. L?extinction a stoppé la propagation horizontale au sein d?une même caisse. A l?arrêt du sprinklage, 14 min aprÚs son déclenchement, des flammes restent visibles sur la zone impactée (combustion des résidus, du bois ?) mais la réaction est lente. Les modules n?ayant pas réagi ne réagiront pas dans les heures suivant la réaction (destruction des modules 18 h aprÚs essai). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 108 sur 200 Figure 92 : Extraits de l?enregistrement de la caméra IR lors de l?essai feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 109 sur 200 Figure 93 : Extraits de l?enregistrement vidéo lors de l?essai feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 110 sur 200 10.2.2 Caractéristiques de l?incendie La Figure 94 présente les données enregistrées lors de l?essai. La Figure 95 permet de mieux visualiser les observations faites au moment de la réaction sur les tensions et les thermocouples placés sur les modules. Le feu est allumé 10 min avant que les premiers effets soient observables et est éteint 12 min 40 s aprÚs son allumage. La réaction débute alors que le thermocouple au-dessus du module enregistre 93°C et celui en dessous 154 °C (ayant vu des pointes à 413 °C) (707 s). A cet instant, les autres modules ont une température du dessous (TC2, plus exposés aux variations de la flamme) allant de 280 °C (M7) à 60 °C (M4) et au-dessus (TC1) autour de 100 °C. En quelques secondes, l?ensemble des thermocouples placés sur le module 1 sont saturés (1200 °C). Un peu moins de 2 min plus tard, les thermocouples placés sur le module 2 sont à leur tour saturés (835 s), attestant de la réaction du second module. A 872 s, soit 2 min 45 s aprÚs le début de réaction, le module 3 réagit, indiqué par la saturation des thermocouples positionnés dessus. Le sprinklage est déclenché à 895 s, 3 min 10 aprÚs le début de réaction. Malgré le sprinklage, 4 min 30 aprÚs les premiers signes de réactions et 1 min 20 aprÚs le début du sprinklage (978 s), le module 4 réagit. Les thermocouples placés sur le dessus des modules 5, 6 et 7 ne seront jamais saturés et indiquent une température maximale de 100 °C avant déclenchement de l?extinction et autour de 90°C aprÚs déclenchement de l?extinction (pic trÚs court à 105 °C), confirmant la non-réaction de ces modules. Ces observations sont en accord avec les observations faites en analysant les films de l?essai. Au moment de la réaction, toutes les tensions sauf celle du module 4 sont nulles, car les câbles de mesures ont été détruits par le feu de propane. La tension du module 4 commence à décroitre à 905 s, 10 s aprÚs le début du sprinklage, marquant le début de réaction. Elle s?annule à 960 s quand la réaction s?intensifie, en bonne corrélation avec la perte du thermocouple. Figure 94 : Données enregistrées (sélection) lors de l?essai propagation caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 111 sur 200 Figure 95 : Températures enregistrées par les thermocouples positionnés sous chacun des modules lors de l?essai feu caisse + sprinklage et Tensions enregistrées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 112 sur 200 En plus des thermocouples, le pyromÚtre et la caméra thermique permettent de collecter des informations sur les températures de surface. La Figure 96 présente ainsi la température maximale enregistrée par ces deux instruments, en fonction du temps. DÚs que la réaction des modules a démarré, la température atteint en moins d?une minute des valeurs supérieures à 1400 °C. De maniÚre similaire à l?essai de propagation + sprinklage, au déclenchement du sprinklage, la température maximale de la réaction chute rapidement puis se stabilisent autour de 500-600 °C. DÚs l?arrêt du sprinklage, la température maximale enregistrée par la caméra thermique remonte à des valeurs proches de 900 °C (au niveau des résidus en fusion). Le pyromÚtre ne mesure pas les réactions des premiers modules (il pointe le module 4) et enregistre des valeurs maximales de réaction de ce module, qui a lieu sous extinction, autour de 900 °C. Ces valeurs sont largement inférieures à celles atteintes lors des essais sans extinction. AprÚs réaction du module 4, le pyromÚtre pointe dans le vide et les valeurs ne sont plus représentatives. Figure 96 : Température maximale (sur un pixel) enregistrée par la caméra thermique (haut) et température enregistrée par le pyromÚtre (bas) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 113 sur 200 La Figure 97 propose une extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules. Les numéros des box correspondent aux numéros des modules. De maniÚre générale, la température moyenne sur la face au cours de la réaction est de 1200-1300 C. Cette extraction permet d?estimer les temps de réaction de chaque module, et de visualiser la dynamique de la propagation d?emballement thermique. A partir de l?extinction, les températures ne dépassent pas les 800°C. Sur ces données, la réaction du module 4 est difficilement perceptible. Figure 97 : Extraction des températures moyennes (caméra IR) de chacune des faces des modules La Figure 98 présente les mesures des fluxmÚtres lors de cet essai. En début de réaction, un pic à 13 kW/m2 est observé, assez conforme à ce qui a été observé lors des essais précédents pour des fluxmÚtres placés de maniÚre similaire. A peine quelques secondes aprÚs l?allumage du sprinklage, certains fluxmÚtres enregistrent une nette baisse des flux radiatifs (notamment par l?effet d?écran des gouttelettes d?eaux évoqué sur l?essai précédent) mais deux fluxmÚtres (2 et 5) enregistrent des valeurs croissantes et un pic à plus de 20 kW/m2. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 114 sur 200 Ce comportement est incohérent avec les autres mesures effectuées et il est possible que les fluxmÚtres n?aient pas supporté l?arrosage abondant. Nous préfÚrerons ne pas prendre en compte ces mesures pour la suite des interprétations. Figure 98 : Flux radiatifs enregistrés lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le débit calorifique (calculé par la méthode calorimétrique OC) est présenté en Figure 99. Cette mesure, reposant sur l?analyse des gaz produits de la combustion ne peut pas être biaisée par le sprinklage. Un pic à 5 MW est atteint (identique à l?essai sans sprinklage si l?on retranche les 1.8 MW imputables au feu de propane). Suivant ce pic, deux chutes successives sont observables. La premiÚre d?environ 1,8 MW, imputable à l?arrêt du feu de propane et la seconde d?1 MW au moment du sprinklage. La réaction du module 4 qui a lieu aprÚs l?extinction, provoquera une remontée du HRR à 4 MW, valeur similaire aux essais sans extinction (Figure 68). AprÚs ce pic, les valeurs calculées chutent en quelques minutes et atteignent des valeurs relativement faibles durant le reste de l?essai. En intégrant ces données, il est possible de calculer l?énergie de combustion émise pendant l?essai. Celle-ci est présentée en Figure 99. Au déclenchement du sprinklage, la valeur de l?énergie dégagée par la combustion imputable aux batteries est de 217 MJ (500 MJ ? 283 MJ imputable au feu de propane). Celle-ci, en prenant comme référence l?essai flux radiatif sur module (Figure 56), correspond à la réaction d?un peu plus qu?un module. Au final, aprÚs extinction, lorsque la réaction des modules est terminée, 1100 MJ imputables auront été émis (1342 MJ ? 283 MJ imputable au feu de propane), ce qui correspond à environ 6 modules en prenant la même référence. Cet écart, par rapport aux quatre modules ayant réagi s?explique car la présence des caisses en bois/carton participant à la réaction. Au final, comme dans le cas de l?essai propagation caisse, l?extinction n?influe pas sur l?énergie totale dégagée par la réaction. Elle influe sur le temps de libération de cette énergie qui est prolongée. Les valeurs de chaleur de combustion en MJ/kg ne peuvent pas être évaluées car la mesure de masse est totalement faussée par l?aspersion puis l?évaporation d?eau sur le peson. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 115 sur 200 Figure 99 : Débit calorifique et chaleur de combustion calculés lors de l?essai de feu caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 116 sur 200 10.2.3 SynthÚse Le Tableau 8 présente une synthÚse sur les caractéristiques thermiques observées pendant l?essai. Tableau 8 : SynthÚse sur les caractéristiques thermiques de l?incendie L?émittance maximale n?a pas été calculée car le flux radiatif maximal reçu par le fluxmÚtre est mesuré à un instant où le sprinklage est activé. Les flammes ne sont alors plus visibles à cet instant. Le sprinklage a permis de réduire l'intensité du feu et ralentir la propagation du feu, la durée totale de réaction des modules ayant passé de 10 min lors du feu sans sprinklage (chapitre 8) à 18 min. Les températures du foyer ont également été atténuées par le sprinklage. Il a de plus permis de stopper la propagation de l?incendie étant donné que dans ce cas, seulement 4 sur 7 modules ont réagi. A noter que la température reste élevée et que le feu n?est pas contrÃŽlé. Nombre de modules testés Type d'agression Durée de l'agression avant emballement du premier module (min) Débit calorifique maximal (kW) Energie totale libérée (modules seuls) (méthode OC/CDG) (MJ) Chaleur de combustion (MJ/kg) Durée totale de réaction des modules (min) 7 Feu englobant > 100 kW/m² 9.9 5000 1107 Non mesurée 18 Perte en masse (%) Vitesse de combustion maximale (g/m²/s) Températures maximales mesurées par les TC (°C) Températures maximale mesurée par la caméra thermique avant le sprinklage(°C) Températures maximale mesurée par la caméra thermique pendant le sprinklage(°C) Flux radiatif maximal reçu à 3 m (kW/m²) Emittance maximale calculée (kW/m²) Non mesurée Non mesurée > 1200 >1400 600 18 Non mesurée Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 117 sur 200 10.3 Conclusions sur le sprinklage Le Tableau 9 synthétise les principaux résultats obtenus lors des 5 essais feu. Les températures moyennes pendant le sprinklage sont issues de la caméra thermique qui peut être perturbée par la présence des gouttelettes d?eaux. Tableau 9 : SynthÚse des principaux résultats sur les 5 essais feu. ParamÚtres Unité Feu sur module Feu sur caisse Feu sur caisse avec sprinklage Propagation sur caisse Propagation sur caisse avec sprinklage Chapitre de référence - 6 7 9.2 8 9.1 Date de l'essai - 18/10/2023 22/03/2024 16/04/2024 07/03/2024 04/04/2024 Nombre de modules testés - 1 7 7 6 6 Nombre de modules qui ont réagi - 1 7 4 6 6 Type d'agression - Flux thermique de 10 à 15 kW/m² Feu englobant > 100 kW/m² Feu englobant > 100 kW/m² pad chauffant sur un module pad chauffant sur un module Température d'emballement (ordre de grandeur) °C NM* <200 154 164 172 Durée de l'agression avant emballement du premier module min 15 11 9.9 11 9.8 Débit calorifique maximal kW 2400 5500 5000 9000 9000 Energie totale libérée (modules seuls) méthode OC/CDG) MJ 178/198 1872/2143 1107 1759/2086 1924/2300 Chaleur de combustion MJ/kg NM 10.2 NM 12 NM Perte en masse % NM 66 NM 66 NM Durée totale de réaction des modules min 2.5 10 18 9 14 Vitesse de combustion maximale g/m²/s NM 280 NM 450 NM Vitesse de combustion moyenne g/m²/s NM 185 NM 250 NM Températures maximales mesurées par les TC °C >1200 >1200 >1200 >1200 >1200 Températures maximale mesurée par la caméra thermique °C NM 1615 >1400 NM 1400 Températures moyenne °C NM 1400 NP NM NP Températures moyenne pendant le sprinklage °C NP NP 600 NP 600 Flux radiatif maximal reçu à 3 m kW/m² 11 10 18 18 12 Emittance maximale calculée (ordre de grandeur) kW/m² 170 165-200 NM 180 NM *NM: Non Mesuré Essai Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 118 sur 200 Les résultats sont trÚs cohérents d?un essai à l?autre. La température d?emballement du premier module est, dans tous les cas, inférieure à 200°C. Les durées d?agression avant emballement sont d?une dizaine de minutes pour les essais sur caisse et de 15 min pour l?essai en virole, le module ne subissant pas directement l?action de l?agression ce qui explique le temps de chauffe supplémentaire. Les débits calorifiques maximaux sont en accord selon le mode d?agression imposé. De l?ordre de 5000 kW pour le feu englobant correspondant à la réaction quasi-simultanée de 2 modules et de 9000 kW pour le pad chauffant correspondant à la réaction simultanée de 3 modules. Le débit calorifique maximal mesuré pour les essais avec feu englobant est plus faible que celui mesuré pour les essais avec pad chauffant car dans le deuxiÚme cas, les modules sont disposés sur 2 niveaux ce qui favorise leur emballement simultané. L?énergie totale libérée est, dans tous les cas, en accord avec le nombre de modules brulés sachant que pour l?essai feu sur caisse avec sprinklage, le refroidissement à l?eau a interrompu la propagation horizontale du feu. Les chaleurs de combustion mesurées dans les cas feu sur caisse et propagation sur caisse sans sprinklage sont en bon accord. Les températures maximales mesurées de l?ordre de 1400-1600 °C mettent en évidence une réaction trÚs violente caractéristique de feux de métaux, éloignées de celles des feux d?hydrocarbures qui culminent entre 1000 et 1200 °C. les émittances évaluées à partir des flux radiatifs maximaux mesurés par les fluxmÚtres mettent en évidence également des flammes trÚs rayonnantes, les émittances étant supérieures encore une fois à celles des flammes de feu de nappe d?hydrocarbures (comprises entre 50 et 100 kW/m² selon l?échelle et la nature de l?hydrocarbure enflammé). De l?essai propagation avec sprinklage sur deux caisses empilées, nous concluons que le sprinklage semble avoir permis de ralentir la propagation entre caisses superposées sans toutefois l?empêcher. Le sprinklage semble aussi avoir un impact positif sur la propagation horizontale au sein d?une même caisse (ce que l?essai suivant confirmera). Cet essai ne permet pas de conclure formellement sur la possibilité de propagation vers une caisse située au-dessous de la caisse en emballement mais les coulées de métal en fusion restant plusieurs dizaines de minutes à plus de 1000 °C laissent penser que le risque de propagation n?est pas à exclure. En termes de violence de la réaction, les calculs de HRR permettent de justifier d?une puissance thermique réduite. En revanche, l?énergie totale dégagée reste identique. De l?essai feu avec sprinklage sur une caisse, nous concluons que le sprinklage a permis d?arrêter la propagation au sein de la caisse. Les valeurs de HRR et d?énergie totale libérée ne semblent en revanche pas être modifiées par rapport à un essai sans extinction. L?extinction à eau, semble donc pouvoir être recommandée sur ce type de feu. Même s?il est clair que cela ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration adaptée (pas plus de deux rangées empilées par exemple), elle peut permettre de ralentir la propagation de l?incendie mais pas forcément de le contrÃŽler. Si elle intervient dans un délai plus long, l?arrêt de la propagation ne peut pas être garanti par les essais réalisés mais elle sera vraisemblablement bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Il y a cependant des contreparties à prendre en compte : la projection de métal en fusion ; la production de gaz toxiques et inflammable (CO, H2, ?). Aussi, une fois la phase intense de l?incendie terminée, il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables (cf. partie 3 : tableau 16, fig. 111 et 112). Il est également recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées (cf. chapitre 11). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 119 sur 200 11 Analyse des effluents gaz, particules et eaux d?extinction 11.1 Méthodes Pour une sélection de 3 essais (flux radiant module, feu caisse et feu caisse + sprinklage), des analyses de gaz et/ou de particules ont été réalisées. Deux types de mesures ont été mises en oeuvre : une analyse en continu par analyse infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR) et analyseurs via un piquage direct dans la gaine de ventilation et un prélÚvement dans un canister (contenant initialement sous vide) à un instant donné pour une analyse complémentaire des composés organiques volatils (COV) et des composés soufrés. Le schéma de principe de cette analyse de gaz et d?aérosols est présenté sur la Figure 100. Des prélÚvements de particules présentes dans les fumées émises ont également été réalisés dans la gaine de ventilation sur filtre et directement sur des grilles en or, adaptées à l?observation par microscopie électronique en transmission (systÚme Mini-Particle Sampler, MPS). Deux types d?analyses ont été réalisées : par impacteur basse pression à détection électrique ELPI+ pour le comptage et la distribution granulométrique des particules en nombre et par Xact 625i Cooper pour l?analyse par rayons X des éléments-traces métalliques dans les particules. Afin d?éviter la survenue de phénomÚnes de condensations et une éventuelle saturation des moyens de prélÚvement ou d?analyse, un diluteur Dekati à double étage de type E-diluter Pro a été déployé en sortie du piquage dans la gaine comme illustré sur la Figure 100 (suivant les essais, le facteur de dilution a été fixé à 25 ou 40) et en amont des moyens de prélÚvement ou d?analyse. Figure 100 : Schéma de principe de l?analyse de gaz/particules Pour les différents essais, les conditions de prélÚvement sont sensiblement différentes et sont récapitulées en Tableau 10. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 120 sur 200 Tableau 10 : Conditions de prélÚvement des gaz Les limites de quantification pour l?analyse des gaz en continu ont été estimées en partant de la limite basse de détection de l?espÚce puis extrapolée en suivant les conditions d?analyses (débit, temps d?échantillonnage, ?). En plus de l?analyse des gaz et aérosols, une analyse des suies à proximité de la source a été mise en oeuvre via le placement de plaques de prélÚvements de vierges, en inox et en eterboard (mélange homogÚne de ciment, de sable et de cellulose), placés dans la chambre avant l?essai (cf. Figure 101) sur 3 types d?emplacements : au sol, sur les murs de la chambre et dans la gaine d?extraction. Les prélÚvements de suie ont été effectués à l?aide de lingettes ensachées imprégnées sur des surfaces définies par des gabarits 10 x 10 cm² (conformément à la note de l?Ineris sur le choix des lingettes de prélÚvements surfaciques2). Seules les suies visibles ont été prélevées, les gros débris présents au sol ont été évacués en renversant délicatement les plaques. Les lingettes ont ensuite été dissoutes par acidification puis l?analyse des métaux a été réalisée en sous-traitance au laboratoire Micropolluants Technologie SA : ? les éléments-traces métalliques par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et le brome par spectrométrie de masse en tandem avec plasma à couplage inductif (ICP-MSMS), ? les éléments S et P par spectrométrie d?émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP-AES), ? les HAP chromatographie en phase liquide haute performance (HPLC) équipés d?un détecteur UV-visible à barrettes de diodes (DAD) et d?un détecteur de fluorescence (FLD), ? les PCDD/F et PCB par chromatographie en phase gazeuse haute résolution (HRGC) couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS). Les résultats sont exprimés en ng par échantillon (i.e. par lingette) et en pg par échantillon en quantité équivalente toxique (TEQ) OMS 20053 dans les rapports d?analyses. A noter que, étant donné les fluctuations de limites de quantification sur la méthode analytique propre aux PCDD/F et PCB, les résultats sont toujours donnés sous la forme d?un intervalle pour ces composés (une valeur minimale supposant l?absence des composés dont la concentration est inférieure à la LQ et une valeur maximale supposant une concentration égale à la LQ). De plus, le prélÚvement par lingette dépend significativement de la composition et des pollutions éventuelles présentes sur le support, ce qui justifie la nécessité de les comparer à des « blancs de surface ». Toutefois, les suies ne sont pas nécessairement réparties de maniÚre homogÚne sur la surface prélevée et le rendement de prélÚvement peut varier significativement en fonction du support et de la substance déposée. Les résultats obtenus sont donc qualitatifs et, bien qu?ils constituent de bons marqueurs de la signature chimique des suies, ils sont à considérer avec prudence. 2 Institut national de l?environnement industriel et des risques, Choix des lingettes à utiliser pour la réalisation de prélÚvements surfaciques lors des accidents industriels, Verneuil-en-Halatte : Ineris 206743 - v1.0, 25/05/2023. 3 Fiche sur les Polychlorodibenzo-p-dioxines et les polychlorodibenzo-p-furanes (PCDD/F), Ineris - 213434 - 2783847 - 0.1 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 121 sur 200 Dans ce but, ils sont comparés entre eux à travers un indicateur numérique calculé comme suit : Indicateur? = log10 ?? ??? où ?? est la concentration du composé ? et ??? est sa limite de quantification Figure 101 : Support de prélÚvement des particules à proximité de l?échantillon Enfin, lors de l?essai d?extinction, des réceptacles vierges ont été positionnés comme indiqués par les cercles rouges sur la Figure 102 afin de collecter les eaux d?extinction souillées par le ruissÚlement sur la caisse incendiée. Figure 102 : Réceptacles de collecte des eaux d?extinction 11.2 Emissions gazeuses 11.2.1 Essai flux radiant sur module Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai flux radiant sur module sont présentés dans le Tableau 11. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 15 min aprÚs le début de la réaction. Le gaz extrêmement majoritaire est le CO2, produit de combustion. Les quantités de CO sont plus de 30 fois inférieures, ce qui atteste d?une combustion bien ventilée. Du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 122 sur 200 En l?absence d?espÚces azotées dans les combustibles et dans les conditions de l?essai où l?oxygÚne est largement disponible et où des températures trÚs élevées sont atteintes, sa formation peut être expliquée par la réaction entre l?oxygÚne et l?azote de l?air dans la flamme selon les équations suivantes impliquant des radicaux (1) et (2) : N2 + O* ? NO + N* (1) N* + O2? NO + O* (2) Du CH4 et du HF sont détectés en quantités relativement faibles et correspondent à des produits de décompositions (notamment du sel de Li fluoré contenu dans l?électrolyte), des matériaux composant le module. Du H2 est détecté en faible quantité et provient probablement de la réaction de Li(m) avec l?eau selon la réaction (3). Compte tenu du feu important, la plupart du dihydrogÚne ainsi formé a dû être brulé. 2 Li(m) + 2 H2O ? 2 LiOH + H2(g) (3) Tableau 11 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai flux radiant sur module. Contribution du bruleur à gaz retranchée Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Méthode CO2 1 14 000 FTIR CO 1 450 FTIR CH4 0,2 6 FTIR H2 0,1 2 Spectro masse HF 1 8 FTIR NO 1 30 FTIR POF3 2 nd FTIR SO2 3 nd FTIR PH3 2 nd FTIR C2H4 1 nd FTIR C2H2 1 nd FTIR CH2O 1 nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 4 nd FTIR HCl 1 nd FTIR HCN 1 nd FTIR HBr 2 nd FTIR C3H4O 1 nd FTIR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 123 sur 200 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 12. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée de quelques secondes, 20 s aprÚs que les premiers effets ont été constatés. Bien que ces analyses soient semi-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 2 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celles présentées pour l?analyse en continu. De cette maniÚre, du SO2 est mesuré, provenant de la décomposition puis oxydation du sel d?électrolyte. Des traces de benzÚne (C6H6) et de propane (C3H8) sont aussi détectés. Tableau 12 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai flux radiant sur module. Le prélÚvement a été réalisé 20 s aprÚs les premiers effets. *Quantité en équivalent toluÚne sauf pour le SO2 Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation de quantité* totale (g) Méthode SO2 10 2700 26 200 3 ATD/GC/MS- FPD C6H6 10 50 485 0,06 ATD/GC/MS- FPD C3H8 10 375 3600 0,44 ATD/GC/MS- FPD H2S 1360 nd - - µGC C3H6O 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD Les Figures 103 à 107 présentent les débits massiques d?une sélection d?espÚces. Sur ces figures, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Conformément à l?analyse de l?essai qui a été faite, le pic d?émission de gaz et donc le pic de la réaction de combustion a lieu environ 18 min aprÚs l?allumage du feu. Deux espÚces se détachent du profil correspondant aux espÚces de combustion, il s?agit de H2 (Figure 106) et HF (Figure 107). L?émission de HF a lieu avec quelques minutes de décalage, elle est maximale à 21 min. L?émission de H2 est, quant à elle, marquée par une longue traine aprÚs son pic, ce qui correspond potentiellement à la réaction des résidus avec l?humidité ambiante Figure 103 : Débit massique CO2 essai de flux radiatif module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 124 sur 200 Figure 104 : Débit massique CO essai de flux radiatif module Figure 105 : Débit massique CH4 essai de flux radiatif module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 125 sur 200 Figure 106 : Débit massique H2 essai de flux radiatif module Figure 107 : Débit massique HF essai de flux radiatif module 11.2.2 Essai feu sur caisse (7 modules) Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai feu sur caisse de module sont présentés dans le Tableau 13. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et, pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 30 min aprÚs le début de la réaction. Le mélange gazeux est assez similaire à celui mesuré lors de l?essai sur module. Les quantités des gaz mesurés sont globalement en accord, moyennant un facteur 7 (correspondant à 7 modules au lieu de 1). Quelques espÚces diffÚrent cependant, à commencer par le CO2 qui est retrouvé en quantité supérieure du fait de la présence de caisse en bois. Le SO2 qui n?avait pas été détecté par l?analyse en ligne est désormais détecté en quantité significative et du HCl est aussi détecté. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 126 sur 200 Tableau 13 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai feu sur caisse Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Facteur d?émission (mg/g) Méthode CO2 2 174 497 943,2 FTIR CO 1 2 007 10,8 FTIR CH4 1 33 0,2 FTIR H2 0.1 42 0,2 Spectro masse HF 1 135 0,7 FTIR NO 2 265 1,4 FTIR POF3 5 nd nd FTIR SO2 6 726 3,9 FTIR PH3 3 nd nd FTIR C2H4 1 nd nd FTIR C2H2 1 nd nd FTIR CH2O 1 nd nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 10 nd nd FTIR HCl 2 79 0,4 FTIR HCN 2 nd nd FTIR HBr 4 nd nd FTIR C3H4O 2 nd nd FTIR Le tableau 14 propose une comparaison de facteurs d?émission pour différents combustibles. Les valeurs des combustibles autres que batteries sont issues de l?étude Ineris « An experimental evaluation of the toxic gas emission in case of vehicle fires »4. En se limitant aux gaz rapportés dans cette étude, les émissions du feu de la caisse de batteries se rapprochent le plus du feu de câbles électriques, avec une quantité relativement faible de CO2 et un rapport CO/CO2 du même ordre de grandeur. Le facteur d?émission du HF est le plus élevé (facteur 7) en comparaison avec le feu de câbles électriques du fait de la présence de Fluor dans les batteries. Les facteurs d?émission des NOx sont supérieurs à ceux du feu de gazole mais inférieurs à ceux des autres combustibles. On notera aussi que certains composés comme le SO2 sont absents de l?étude pour certains combustibles. A noter que ces valeurs ne donnent pas d?information sur l?aspect fumigÚne des fumées. Ces données permettent toutefois, couplées aux caractéristiques de l?incendie, d?estimer les conséquences au travers de la toxicité aigÃŒe. Cette analyse comparative est détaillée au chapitre 11.2. 1 4 An experimental evaluation of toxic gas emissions from vehicle fires, B. Truchot Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 127 sur 200 Tableau 14 : Comparaison des facteurs d'émission de différents combustibles Facteur d?émission [mg/g] Gazole Plastiques Pneus Câble électriques Caisse LMP CO2 2823 2034 1469 728 943 CO 31 20 42 9,1 11 HCl - 2,2 0,2 2,1 0,4 HF - 0,014 0,003 0,11 0,7 NOx 1,2 5 2,8 2,5 1,4 SO2 - - 18 - 3,9 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 15. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée de quelques secondes, 3 min aprÚs que les premiers effets ont été constatés (14 min 30 sec) sur les graphiques de débit massique. Bien que ces analyses soient pseudo-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 9 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celles présentées pour l?analyse en continu. De cette maniÚre, aucun gaz n?est mesuré hormis l?acétone en faible quantité. Plusieurs hypothÚses peuvent expliquer cette quasi-absence d?espÚce : 1. le mélange gazeux a été dilué d?un facteur 50 avant prélÚvement/analyse ; 2. le mélange gazeux n?était pas « riche » au moment du prélÚvement. Si on prend l?exemple du SO2, la Figure 108, montre qu?à ce moment de la réaction, il n?était pas émis (ou en trÚs faible quantité). Tableau 15 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai feu sur caisse. Le prélÚvement a été réalisé 3 min aprÚs le début de la réaction. *Quantité en équivalent toluÚne sauf pour le SO2 Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation de quantité* totale (g) Méthode SO2 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD C6H6 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD C3H8 10 nd - - ATD/GC/MS- FPD H2S 1360 nd - - µGC C3H6O 10 750 16 700 9 ATD/GC/MS- FPD La Figure 108 présente les concentrations dans la gaine de prélÚvement en fonction du temps d?une sélection d?espÚces. Sur cette figure, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Conformément aux observations faites sur l?essai module, l?émission de HF se fait plutÃŽt en fin de réaction (à partir de 22 min) et l?émission de H2 reste marquée par une traine persistante aprÚs réaction. Aussi le SO2 semble apparaitre systématiquement sur la fin de réaction de chacun des modules de la caisse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 128 sur 200 Figure 108 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse 11.2.3 Influence du sprinklage sur les émissions gazeuses : essai feu + sprinklage sur caisse Les résultats de l?analyse de gaz en ligne lors de l?essai feu sur caisse de module + sprinklage sont présentés dans le Tableau 16. La contribution du bruleur à gaz a été retranchée et, pour les besoins de la quantification, les valeurs présentées dans le tableau sont arrêtées 30 min aprÚs le début de la réaction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 129 sur 200 Les quantités de gaz mesurées lors de l?essai sans sprinklage sont reportées afin de faciliter la comparaison. Ainsi, il apparait que les quantités de CO2 formées sont prÚs de deux fois inférieures, ce qui est en cohérence avec le fait que seulement 4 modules sur 7 ont réagi. La quantité de CO a, quant à elle, doublée malgré la réduction de matiÚre brulée ; cela illustre une réaction de combustion moins bien ventilée. Les gaz inflammables comme H2 et CH4 connaissent, quant à eux, une forte augmentation puisque leur combustion aprÚs formation est moins favorable en présence d?eau. Les espÚces HF, HCl, SO2 sont inférieures à la limite de quantification. Soit leur formation n?a pas eu lieu car les températures étaient inferieures, soit l?action de l?eau empêche leur détection (re condensation, dilution dans l?eau, ?). Enfin, pour la premiÚre fois, PH3 est détectée, assurément portée par la présence d?eau. Tableau 16 : Résultats de l?analyse de gaz en continu lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Gaz Limite de quantification estimée (g) Quantité (g) Quantité sans extinction (g) Méthode CO2 2 81 157 174 497 FTIR CO 1 4 489 2007 FTIR CH4 1 90 33 FTIR H2 0,1 424 42 Spectro masse HF 1 nd 135 FTIR NO 2 213 265 FTIR POF3 5 nd nd FTIR SO2 6 nd 726 PH3 3 120 nd FTIR C2H4 1 nd nd FTIR C2H2 1 nd nd FTIR CH2O 1 nd nd FTIR Org. Carbonates (EC, DEC?) 9 nd nd FTIR HCl 2 nd 79 FTIR HCN 2 nd nd FTIR HBr 4 nd nd FTIR C3H4O 2 nd nd FTIR Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 130 sur 200 L?analyse des gaz prélevés dans le canister est présentée dans le Tableau 17. Le prélÚvement a été réalisé sur une durée d?environ 1 min, 30 secondes aprÚs que le sprinklage ait été déclenché. Bien que ces analyses soient semi-quantitatives, une extrapolation des valeurs mesurées sur la durée de la réaction (env. 15 min) est proposée afin d?obtenir une valeur comparable à celle présentée pour l?analyse en continu. 9 gaz additionnels sont ainsi détectés, principalement du benzÚne (C6H6), du naphtalÚne (C10H8). La formation du benzÚne est probablement expliquée par une combustion incomplÚte. La présence de naphtalÚne (C10H8) soutient cette hypothÚse. Du SO2 est aussi mesuré en quantité significative. Les autres gaz sont détectés en quantité bien moindre et on notera la présence de thiophÚne (C4H4S), composé organosoufré. Tableau 17 : Résultats du prélÚvement de gaz lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage. Le prélÚvement est réalisé 30 s aprÚs le début du sprinklage. *Résultats exprimés en équivalent toluÚne, sauf pour le SO2. **Pseudo quantitatif sur 15 min Gaz Limite de quantification (µg/m3) Quantité* mesurée (µg/m3) Flux* au moment du prélÚvement (µg/s) Estimation** de quantité* totale (g) (sur 15 min) Méthode SO2 100 4400 97778 88 ATD/GC/MS- FPD C6H6 100 33800 751111 676 ATD/GC/MS- FPD C3H8 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD H2S 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD C3H6O 100 nd - - ATD/GC/MS- FPD C4H4S 100 130 2889 3 ATD/GC/MS- FPD C8H10 Ethylbenzene 100 250 5556 5 ATD/GC/MS- FPD C8H10 m-xylene 100 270 6000 5 ATD/GC/MS- FPD C8H10 o-xylene 100 110 2444 2 ATD/GC/MS- FPD C8H8 100 400 8889 8 ATD/GC/MS- FPD C8H6O 100 190 4222 4 ATD/GC/MS- FPD C10H8 100 2090 46444 42 ATD/GC/MS- FPD Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 131 sur 200 Les Figures 109 à 112 présentent les concentrations dans la gaine de prélÚvement en fonction du temps d?une sélection d?espÚces. Sur cette figure, la contribution du bruleur à gaz n?est pas retranchée. Ces figures permettent de visualiser l?influence du sprinklage sur le mélange gazeux. La Figure 109 présente tout d?abord les quantités d?eau mesurées dans la gaine ainsi que la concentration théorique obtenue seulement comme sous-produit de combustion. Elle permet de bien visualiser le début de l?extinction puisque, dÚs son déclenchement des concentrations mesurées se détachent nettement des concentrations théoriques. L?évolution de la concentration en CO2 est aussi particuliÚrement intéressante à analyser. Dans les premiers instants de la réaction, alors que le sprinklage n?est pas encore activé, les valeurs mesurées atteignent 0,9 % vol dans la gaine, ce qui est trÚs similaire aux résultats obtenus lors du premier essai de ce type (0,8 %vol). DÚs que le sprinklage est déclenché, la valeur de concentration en CO2 chute mais est probablement imputable à la fin de réaction du 3eme module plutÃŽt qu?à l?action de l?eau. Une trentaine de secondes plus tard, les émissions repartent à la hausse, correspondant à la réaction du 4eme module, sans être réellement affectées par le sprinklage en cours. Passées cette réaction, les émissions de CO2 diminuent jusqu?à atteindre une valeur résiduelle d?environ 0,5 % correspondant à la combustion des résidus. Figure 109 : Concentration volumique en H2O théorique et mesurée dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 132 sur 200 Figure 110 : Concentration volumique en CO2 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage L?extinction se fait nettement plus ressentir sur les gaz minoritaires. En effet, comme présentée en Figure 111, dÚs les premiers instants de l?extinction, la combustion est moins bien ventilée et l?émission de CO est multipliée par plus de 10. Les concentrations en H2 et CH4 bondissent également (x 20) portées, soit par une plus grande production issue d?une réaction d?un composé avec l?eau, soit moins consommées aprÚs sa production par la réaction de combustion. Les émissions de NO sont, elles, peu affectées par l?aspersion d?eau. Enfin, la Figure 112 présente la concentration en phosphine mesurée dans la gaine. Bien que le signal soit trÚs bruité, une premiÚre émission est visible au moment du déclenchement de l?extinction et une seconde phase d?émission est plus clairement visible à la fin de la phase violente de réaction. La concentration reste limitée à environ 4 ppm mais la forme de la courbe, débutant à la fin de la réaction violente et commençant sa décroissance au moment de l?arrêt de l?extinction suggÚre que le PH3 est le produit de la réaction d?un composé formé pendant la réaction et de l?eau. Une étude plus approfondie afin d?expliquer la formation de phosphine est proposée dans la partie « Etude des résidus d?essais ». Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 133 sur 200 Figure 111 : Concentration volumique d?une sélection d?espÚces dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 134 sur 200 Figure 112 : Concentration volumique en PH3 dans la gaine lors de l?essai feu sur caisse + sprinklage En conclusion, le sprinklage modifie sensiblement le mélange gazeux émis ; même s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF) tandis que de la phosphine (PH3), du benzÚne (C6H6) et de nombreux hydrocarbures ont été détectés dans ces conditions. 11.3 Emissions particulaires Afin de faciliter l?interprétation des résultats d?analyse de particules, les émissions particulaires présentes dans les fumées, susceptibles d?être entrainées sur de longues distances avant de resédimenter sont traités en 10.3.1. Elles seront distinguées des particules, généralement plus grosses projetées à proximité de l?échantillon et généralement associées à une source potentielle de pollution des sols ou des eaux. Ces particules sont traitées en 10.3.2. 11.3.1 Particules dans les fumées 11.3.1.1 Essai flux radiant sur module L?analyse ELPI+ permet de mesurer le diamÚtre médian (GMD) des particules aspirées dans la conduite ainsi que le flux de particules. La Figure 113 permet ainsi de constater que la majeure partie de l?émission d?aérosol est trÚs courte et dure environ 2min30, coïncidant avec le temps de réaction du module. Sur cette période, le diamÚtre « médian » (GMD = Exp[? ni × ln(Di)/N]) augmente nettement par rapport à la phase d?allumage et atteint 189±24 nm. Le flux de particules lors du pic d?émission est d?environ 6.1014 particules/s. Afin d?estimer un ordre de grandeur en masse, nous pouvons proposer de prendre une hypothÚse forte et approximer que l?ensemble des particules sont des sphÚres de 200 nm de diamÚtre avec la masse volumique entre celle de l?aluminium et du lithium (espÚces métalliques les plus représentés sur l?analyse du filtre). Cela mÚne à un flux massique particulaire de 4 g/s. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 135 sur 200 Figure 113 : DiamÚtre médian et flux de particule mesuré par ELPI + (facteurs de dilution du diluteur et de la gaine pris en compte) L?ELPI + permet également de remonter à une distribution granulométrique des particules, présentées en Figure 114. Afin de distinguer les émissions sur l?ensemble de la durée de prélÚvement et celles au moment de la réaction, deux distributions ont été représentées : en bleu, la distribution sur le temps de prélÚvement sur filtre et, en orange, la distribution spécifique au pic d?émission. Au moment de la réaction, la population la plus représentée à un diamÚtre d?environ 129 nm et certaines particules ont un diamÚtre dépassant légÚrement le micron. Figure 114 : Distribution granulométrique des particules lors de l?essai flux radiant sur module mesuré par ELPI + Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 136 sur 200 Les analyses MET des particules prélevées par MPS (Mini Particle Sampler) et présentées sur la Figure 115 et la Figure 116 sont en accord avec les tailles de particules mesurées par ELPI+ (même si le diamÚtre aérodynamique (mesuré par un impacteur) est différent du diamÚtre optique (mesuré par MET) et sont donc difficilement comparables). L?analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d?énergie (EDX) des amas sombres de plusieurs microns montre qu?ils sont composés majoritairement de phosphore et d?oxygÚne. Les particules claires sont probablement des résidus organiques, allant de quelques nm à quelques microns. Des particules métalliques isolées (Al, Fe) de l?ordre du micron ont également été trouvées sur la grille. On notera que le Li n?est pas mesurable par EDX (d?où son absence notoire) et que les ronds au motifs réguliers de diamÚtre 1 µm sont les trous de la grille de prélÚvement. Figure 115 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 20 et 40 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module Figure 116 : Observation MET du prélÚvement MPS réalisé entre 40 et 50 s aprÚs que les premiers effets ne soient visibles lors de l?essai flux radiatif sur module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 137 sur 200 Pour compléter ces analyses, un analyseur par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) dans les aérosols a été connecté au diluteur (×25) des émissions collectées dans la gaine d?extraction des fumées. Sa résolution temporelle minimale est de 5 min, trÚs longue compte-tenu de la durée du pic d?émission. Il est calibré pour les éléments suivants : Al, As, Ba, Br, Ca, Cd, Cl, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, K, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Sb, Se, Sn, Sr, Ti, V, Zn et W. Les résultats de cette analyse sont présentés en Figure 117. Les éléments Br, Ca, Cr, Cs, Fe, Mo, Ni, V et Zn sont nettement supérieurs à la limite de détection (pointillés noirs visibles pour le graphique de la concentration en Ca par exemple). Seules les émissions de Br, Ca, Fe, Ni et Zn correspondent temporellement au pic d?émissions d?aérosols. Les autres pics pourraient provenir d?un relargage propre à la chambre d?essai et à la chaine de prélÚvement dans la gaine d?extraction. Le Fe reste l?espÚce trÚs majoritairement détectée (provenant probablement de la cathode) et la provenance des autres espÚces (Br, Ca, Ni et Zn) détectées dans une moindre mesure reste à établir (retardateurs de flammes bromés, etc.). L?absence d?émissions As, Cd et Pb (métaux réglementés dans l?air ambiant) est à noter. Pour As et Pb, les résultats sont bien en accord avec les prélÚvements réalisés sur filtre (présentés dans le Tableau 18, le Cd n?a pas été analysé sur filtre). On notera que l?absence de détection de l?aluminium peut être expliquée par une limite de détection trÚs élevée de l?Xact 625i et que le lithium n?est pas détecté par fluorescence X. Figure 117 : Analyse par fluorescence X des éléments-traces métalliques (ETM) lors de l?essai de flux radiant sur module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 138 sur 200 Les résultats d?analyse élémentaire5 du prélÚvement dans la gaine d?extraction des fumées, sur un filtre quartz est présenté dans le tableau 18. Ce prélÚvement a été réalisé sur 22 min et inclut donc une partie des émissions du bruleur. Les concentrations ont été corrigées du facteur de dilution de 25. Le filtre présente un enrichissement marqué en lithium et en phosphore ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre et en fluor. En supposant que l?émission de Li et P n?ait lieu qu?au moment de la réaction (soit 2 min 30) durant le pic d?émission, le prélÚvement du pic a été lissé d?un facteur 9 compte tenu de la durée de l?échantillonnage intégratif. Les concentrations lors du pic peuvent donc être estimées à environ 217 mg/m3 pour Li et 86 mg/m3 pour P. Une approximation de la quantité totale émise lors du pic peut être obtenue en multipliant ces concentrations par les 1 500 m3 d?air qui ont été aspirés dans la gaine d?extraction durant ces 2 min 30. On obtient ainsi 320 g de Li et 130 g de P. Le soufre semble détecté en quantité relativement élevée mais la mesure réalisée sur le blanc ne permet pas de proposer une pseudo quantification. Aussi, le blanc est trop chargé en fer et en aluminium pour que leur mesure sur l?essai soit représentative. Pour pallier ce problÚme, les prélÚvements sur filtre ont été réalisés sur des supports en PTFE dans les essais suivants (à l?exception du fluor, prélevé nécessairement sur quartz). A noter que l?absence d?arsenic et de plomb dans le prélÚvement sur filtre est en accord avec les mesures précédentes. Tableau 18 : Analyses élémentaires des prélÚvements sur filtre quartz lors de l?essai flux radiant module 11.3.1.2 Essai feu caisse La Figure 118 présente les résultats des mesures réalisées avec l?ELPI+ lors de l?essai feu sur une caisse de 7 modules. Le flux de particules suit le même profil que les pertes massiques ou que le HRR mesuré lors de cet essai et présenté ultérieurement. Il est possible d?y suivre la réaction des 7 modules et certains pics correspondent à la réaction de deux modules en simultané. Ainsi, le flux de particules connait des maximums locaux autour de 6.1014 particules/s, identiques à ce qui a été mesuré sur module seul et certains pics dépassent cette valeur atteignant plus de 9.1014 particules/s. Comme déjà identifiée sur les paramÚtres de combustion, la majeure partie de l?émission d?aérosol dure environ 11 min 30 sec. Sur cette période, le diamÚtre « médian » (GMD = Exp[? ni × ln(Di)/N]) augmente également par rapport à la phase d?allumage mais n?atteint que 81±5 nm, soit 100 nm environ de moins que lors de l?essai sur du module seul. 5 L?analyse ne donne pas de précision sur l?état du métal (oxidé ou autre) dans les aérosols. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 139 sur 200 / Figure 118 : DiamÚtre médian et flux de particules mesuré par ELPI + lors de l?essai feu caisse L?ELPI + permet également de remonter à une distribution granulométrique des particules, présentée en Figure 119. Afin de distinguer les émissions sur l?ensemble de la durée de prélÚvement et celle au moment de la réaction, deux distributions ont été représentées : en bleu, la distribution sur le temps de prélÚvement sur filtre et, en orange, la distribution spécifique au pic d?émission. Au moment de la réaction, la population la plus représentée a un diamÚtre d?environ 41 nm et quasiment aucune particule n'a un diamÚtre dépassant le micron. Les particules dans les fumées émises lors de cet essai sont donc plus petites que celles observées sur l?essai module seul. Cela peut provenir de la dilution plus importante dans la chaine de prélÚvement (environ un facteur 4 compte tenu de la ventilation et du diluteur) ou d?une combustion plus intense fournissant moins d?aérosols organiques, et donc une fraction d?aérosols minéraux plus importante. Figure 119 : Distribution granulométrique des particules mesurées par ELPI+ lors de l?essai feu caisse Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 140 sur 200 Les analyses MET des particules prélevées par MPS sont présentées en Figure 120. Une partie de ces particules ont une forme sphérique d?environ 0,5 µm. Une population de particules de forme allongée est aussi observée. Une analyse EDX globale a été réalisée mais les particules se dégradent sous l?intensité du faisceau. Le carbone et l?oxygÚne sont caractérisés par EDX. L?ensemble de ces éléments permet d?attribuer une origine organique à ces particules. On notera que lors de cet essai, les prélÚvements MPS étaient trop chargés pour une analyse EDX approfondie. A noter que cette analyse est qualitative : elle n?est pas représentative de la densité moyenne des aérosols émis lors de l?essai, ce qui peut aussi expliquer les différences entre la taille observée par MET et celle mesurée par ELPI+. Enfin comme déjà évoqué, le diamÚtre aérodynamique (mesuré par ELPI) est différent du diamÚtre optique (mesuré par MET), ils sont donc difficilement comparables. Figure 120 : Observation MET des prélÚvements effectués lors de l?essai feu caisse. PrélÚvement effectué en 10 s, 3 min aprÚs le début de réaction. Les résultats d?analyse élémentaire du prélÚvement dans la gaine d?extraction des fumées, sur un filtre quartz est présenté dans le tableau 19. Ce prélÚvement a été réalisé sur 25 min et inclut donc une partie des émissions du bruleur. Les concentrations ont été corrigées du facteur de dilution de 50. Pour rappel, suite au retour d?expérience de l?essai sur module seul, les éléments ont été prélevés sur un filtre PTFE pour diminuer les valeurs de blanc de support (sauf pour le fluor, toujours prélevé sur un filtre quartz). Les filtres présentent un enrichissement marqué en lithium, en phosphore et en fluor ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre, fer et aluminium. En supposant que l?émission de Li et P n?ait lieu qu?au moment de la réaction (soit 11 min 30) durant le pic d?émission, le prélÚvement a été lissé d?un facteur 2,16. Les concentrations estimées sont donc d?environ 136 mg/m3 pour Li et 107 mg/m3 pour P. Une approximation de la quantité totale peut être obtenue en multipliant ces concentrations par les 15 300 m3 d?air qui ont été aspirés durant ces 11 min 30. On obtient ainsi 2 kg de Li et 1.6 kg de P soit 286 g de Li et 229 g de P par module, ce qui est cohérent, en ordre de grandeur, avec l?essai sur module seul (respectivement 316 et 125 g) et conforte une émission à la chaine des modules comme observé sur l?évolution temporelle en nombre de particules. Le soufre est détecté en quantité relativement élevée et se détache cette fois plus clairement du blanc. Une semi-quantification donne un flux estimé de 26 mg/m3, une masse totale de 400 g soit environ 60 g par module. Contrairement au 23/11/23, la mesure du fer et de l?aluminium est nettement supérieure au niveau du blanc de support et est bien représentative de l?essai. L?absence de plomb est confirmée et l?analyse de l?arsenic n?a pas été réitérée. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 141 sur 200 Tableau 19 : Analyse élémentaire des prélÚvements sur filtre PTFE et quartz lors de l?essai feu caisse 11.3.2 Suies projetées à proximité de l?échantillon (gaine d?extraction, parois et sol) 11.3.2.1 Essai flux radiant module Comme décrit dans la partie méthode, des supports de prélÚvements ont été disposés en divers points de la chambre afin de déterminer de maniÚre qualitative les meilleurs traceurs des émissions. Les résultats des analyses élémentaire de ces prélÚvements sont présentés en Figure 121. Il ressort que les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et enfin, les prélÚvements sur les parois. Les meilleurs traceurs des émissions sont, de loin, le lithium et le fluor. Du cobalt, de nickel et enfin, du manganÚse, sont détectés en quantités significatives sans que l?on puisse expliquer leur présence autrement que par la contamination préexistante de la chambre. Le phosphore, le fer et l?aluminium sont aussi clairement détectés, provenant des matériaux constituant des modules. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 142 sur 200 Figure 121 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai flux radiant module En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 122 et 123 pour les PCDD/F et les PCB et sur le Tableau 20 pour les HAP. Figure 122 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai flux radiatif module. Pour les PCDD/F et PCB, les teneurs sur les parois et sur la partie canalisée sont, en moyenne, légÚrement supérieures à celles des blancs de surface. L?analyse des PCDD/F n?est pas valide sur les supports eterboard pour cause de blancs de surface trÚs élevés. Le détail de traceurs PCDD/F et PCB analysés est donné en Figure 123. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement le PCB 157 et, dans une moindre mesure, les PCB 126 et 169. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 143 sur 200 Pour les PCDD/F, les traceurs seraient 2,3,4,6,7,8 HxCDF et 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,4,7,8,9 HpCDF et 1,2,3,7,8,9 HxCDF. Les furanes sortent en moyenne nettement du fond sur les parois et dans la gaine d?extraction tandis que les dioxines ne se détachent nettement du fond que sur les parois. Figure 123 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai flux radiant module Enfin, une analyse des HAP a été réalisée sur les mêmes prélÚvements. Les résultats sont récapitulés dans le Tableau 20 . Aucun HAP n?a dépassé les limites de quantification, ce qui pourrait s?expliquer avec les hautes températures de flammes observées. Tableau 20 : Analyse des HAP lors de l?essai flux radiant module Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 144 sur 200 11.3.2.2 Feu caisse Comme lors de l?essai sur module isolé, l?analyse des métaux présentée en Figure 124 révÚle que, en moyenne, les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et enfin, les prélÚvements sur les parois. Néanmoins, les teneurs semblent moins marquées que lors de l?essai sur module isolé. Le meilleur traceur de ces émissions est, de loin, le lithium, puis viennent le fer, l?aluminium, le fluor, le phosphore et le cuivre. Dans une moindre mesure, le nickel, le manganÚse, le cobalt et le plomb sont détectés et attribués à une contamination préalable de la chambre. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Figure 124 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 125 et 126 pour les PCDD/F et les PCB et sur le tableau 21 pour les HAP. Pour les PCDD/F et les PCB, les prélÚvements au sol donnent des teneurs assez faibles contrairement aux résultats obtenus pour les métaux. En moyenne, les teneurs sur les parois et la partie canalisée sont supérieures au blanc de surface. Ce contraste est plus significatif que lors de l?essai sur module seul. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 145 sur 200 Figure 125 : Analyses des PCDD/F et PCB sur les supports de prélÚvement lors de l?essai feu caisse. Le détail des traceurs analysés est donné en Figure 126. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement les PCB 126, 114, 167 et 123. Le PCB 156 pourrait également être un bon traceur mais il est difficile de conclure compte tenu d?une teneur élevée sur le blanc de surface. Le PCB 157 est nettement moins présent que lors de l?essai du 23/11/2023. Pour les PCDD/F, les traceurs seraient principalement 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,7,8,9 HxCDD et 2,3,4,7,8 PeCDF et 2,3,7,8 TCDF. En moyenne, les furanes sont plus représentés que les dioxines. Les traceurs communs avec l?essai précédent sont les PCB 126 et le 1,2,3,4,7,8 HxCDF. Figure 126 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse Les résultats de l?analyse des HAP réalisée sont récapitulés dans le tableau 21 et, comme pour l?essai sur module seul, aucun HAP n?est quantifié. Encore une fois, cela pourrait s?expliquer avec les hautes températures de flammes observées. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 146 sur 200 Tableau 21 : Analyse des HAP lors de l?essai feu caisse 11.3.2.3 Feu caisse + sprinklage Comme lors des essais précédents, l?analyse des métaux présentée en Figure 127 révÚle que, en moyenne, les prélÚvements au sol sont les plus chargés, puis viennent ceux dans la gaine d?extraction et les prélÚvements sur les parois de contribution similaire. Les teneurs sont nettement plus marquées que pour les deux essais précédents. Les meilleurs traceurs des émissions sont le fer, l?aluminium et le lithium. Le lithium se démarque moins des blancs de surface dans cet essai probablement à cause d?un nettoyage insuffisant des plaques de prélÚvement. Le fluor, le phosphore et le cuivre sont également d?excellents traceurs. Le nickel, le manganÚse et, dans une moindre mesure le plomb et le cobalt sont détectés mais sont associés à une pollution de la chambre. Les autres éléments ont des contributions mineures, voire ne sortent pas du fond. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 147 sur 200 Figure 127 : Résultats des analyses élémentaires des prélÚvements réalisés sur les supports placés dans la chambre lors de l?essai feu caisse + sprinklage En plus des métaux, une analyse des composés organiques a été réalisée dont les résultats sont présentés sur les Figures 128 et 129 pour les PCDD/F et les PCB et sur le Tableau 23 pour les HAP. Pour les PCDD/F et les PCB, les prélÚvements au sol donnent des teneurs assez faibles contrairement aux résultats obtenus pour les métaux. Pour les PCB, en moyenne, les teneurs sur les parois et la partie canalisée sont supérieures au blanc de surface Figure 128 : Analyse des PCB et PCDD/F lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le détail des traceurs PCB et PCDDD/F est donné en Figure 129. Pour les PCB, les traceurs des émissions seraient principalement le PCB 126, 169, 157 et 156 ; les PCB 81 et 114, également, mais ces 2 PCB n?ont été détectés que dans la partie canalisée, et non sur les parois. Pour les PCDD/F, les traceurs seraient principalement 1,2,3,7,8,9 HxCDF et, dans une moindre mesure, 1,2,3,7,8 PeCDD et 2,3,7,8 TCDF et 1,2,3,7,8 PeCDF. En moyenne, les furanes sont plus représentés que les dioxines. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 148 sur 200 Figure 129 : Traceurs PCB et PCDD/F analysés lors de l?essai feu caisse + sprinklage Le tableau 22 propose une comparaison des traceurs PCB et PCDD/F identifiés lors des trois essais. Les traceurs communs avec l?essai précédent sont : - les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169, - le 1,2,3,4,7,8 HxCDF et, dans une moindre mesure, le 2,3,7,8 TCDF. Les traceurs communs avec le 1er essai sont : - les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169, - le 1,2,3,7,8,9 HxCDF et, dans une moindre mesure, le 2,3,7,8 TCDF. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 149 sur 200 Tableau 22 : Comparaison des traceurs sur les 3 essais. Les résultats de l?analyse des HAP réalisée sont récapitulés dans le tableau 23 et, comme pour l?essai sans extinction, aucun HAP n?est quantifié, bien que les températures observées par caméra IR soient inférieures lors du sprinklage. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 150 sur 200 Tableau 23 : Analyse des HAP lors de l?essai feu caisse + sprinklage 11.4 Analyse des eaux d?extinction Si l?extinction à l?eau a permis de ralentir, voire de stopper la propagation de la réaction, les eaux utilisées peuvent être contaminées en divers polluants. Sans que cette analyse soit le but premier des essais faisant l?objet de ce rapport, une rapide étude qualitative de la contamination des eaux d?extinction est proposée. Les méthodes de prélÚvement sont décrites précédemment dans la partie méthode. Les résultats de l?analyse élémentaire présentés dans le tableau 24 permettent de constater que les eaux d?extinction sont trÚs fortement enrichies en Li, Al, Fe, P et F. Le principal marqueur reste, le Li. On note un enrichissement beaucoup plus faible en d?autres espÚces tels que S, Cu, Ni, Mn, et Co. Cet écart s?explique pour le S et le Cu par la faible quantité de ces espÚces présentes dans les matériaux des batteries et pour Ni, Mn, Co, par une pollution de la chambre d?essai suite à de précédents essais sur batteries Li-ion NMC. Canalisé inox Sol inox Blanc de surface inox Composés Naphtalene < 10 < 10 < 10 Acenaphtene < 10 < 10 < 10 Fluorene < 10 < 10 < 10 Phenanthrene < 10 < 10 < 10 Anthracene < 10 < 10 < 10 Fluoranthene < 10 < 10 < 10 Pyrene < 10 < 10 < 10 Benzo(a)anthracene < 10 < 10 < 10 Chrysene < 10 < 10 < 10 Benzo(e)pyrene < 10 < 10 < 10 Benzo(j)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(b)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(k)fluoranthene < 10 < 10 < 10 Benzo(a)pyrene < 10 < 10 < 10 Dibenzo(ah)anthracene < 10 < 10 < 10 Benzo(ghi)perylene < 10 < 10 < 10 Indeno(123cd)pyrene < 10 < 10 < 10 Acenaphtylene < 10 < 10 < 10 ng/échantillon Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 151 sur 200 Tableau 24 : Analyse élémentaire des eaux d?extinction Les résultats de l?analyse des espÚces organiques de type PCB et PCDD/F présentées en Figure 130 ne montrent aucune différence significative entre l?eau de référence utilisée en sprinklage (blanc) et les eaux d?extinction sur les PCDD/F et PCB. Figure 130 : Analyse des PCDD/F and PCB dans les eaux d?extinction Enfin, le tableau 25 présente les résultats d?analyse en HAP. Contrairement aux résultats des analyses de suies présentés précédemment, des quantités significatives de HAP sont mesurées dans les eaux d?extinction. Elles sont nettement plus élevées que les valeurs de fond moyennes proposées dans le rapport « Valeurs de fond en situation post-accidentelle pour les milieux sol, eau et air » référencé Ineris ? 203892 ? 2714224 ? v2.0. Les méthodes de prélÚvement proposées sur cet essai rendent toutefois une interprétation quantitative difficile mais ces espÚces devront être surveillées en situation post-accidentelle ou lors d?essais visant à analyser précisément la contamination des eaux d?extinction. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 152 sur 200 Tableau 25 : Analyse des HAP dans les eaux d?extinction Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 153 sur 200 12 Discussion 12.1 Comparaison avec un feu de batteries Li-ion Afin de mettre en perspective les grandeurs mesurées dans cette étude, nous proposons de comparer certaines valeurs caractéristiques comme le débit calorifique ou la chaleur totale libérée aux valeurs classiquement obtenues pour la technologie de batterie Li-ion. Pour commencer, la chaleur totale libérée lors de l?emballement thermique (chaleur de combustion par abus de langage) est un bon indicateur pour comparer différentes technologies car elle dépend principalement des matériaux constituant la batterie et peu du mode de réaction. Ainsi les valeurs mesurées pour les batteries LMP testées dans cette étude sont de 200 à 300 MJ par module soit 28 kJ/Wh à 43 kJ/Wh. Il faut noter que cette valeur est obtenue pour un module mais qui dans le cas de l?architecture choisie par Blue Solutions pourrait tout aussi bien être considérée comme une seule cellule de 7 kWh du fait de l?absence de contenant isolant chacun des EC (cf. définition IEC6). En comparaison, l?énergie de combustion mesurée à l?Ineris sur des pouch cell NMC de 330 Wh7, assez réactives, est de 18 kJ/Wh. De maniÚre plus générale, sur l?ensemble des essais réalisés à l?Ineris dans des conditions de mesures trÚs similaires à celles de la présente étude, la valeur moyenne du débit calorifique observé sur des cellules NMC est de 20 kJ/Wh. D?autres valeurs sont disponibles dans la littérature et regroupées par Rappsilber et al. sur la Figure 1308. Ces valeurs concernent des cellules de différentes chimies et géométrie et ont été obtenues lors d?essais calorimétriques consistant à bruler entiÚrement la cellule, et à mesurer l?intégralité de la chaleur émise, ce qui est majorant en comparaison avec les essais de la présente campagne. En conclusion, l?énergie de combustion spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure en comparaison avec ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris sur des cellules NMC. Un autre paramÚtre critique pour les effets thermiques est le débit calorifique (HRR en anglais). Dans cette étude, des valeurs de l?ordre de 500 W/Wh ont été mesurées pour la combustion d?un module. En comparaison, les valeurs obtenues à l?Ineris sur des pouch cells NMC de 330 Wh sont de 760 W/Wh. De maniÚre plus générale, sur l?ensemble des essais réalisés à l?Ineris dans des conditions de mesures trÚs similaires à celles de la présente étude, la valeur moyenne du débit calorifique observé sur des cellules NMC est généralement comprise entre 450 et 650 W/Wh. D?autres valeurs sont disponibles dans la littérature et regroupées par Rappsilber et al. sur la Figure 131. Ces valeurs concernent des cellules de différentes chimies et géométries et ont été obtenues dans des conditions légÚrement différentes. Les valeurs semblent toutefois en adéquation avec ce qui a pu être mesuré dans cette campagne. 6 Définition du mot CELL selon l?IEC (Area 482 ?Primary and secondary cells and batteries?, IEV 482-01-01 ?Cell?): basic functional unit, consisting of an assembly of electrodes, electrolyte, container, terminals and usually separators, that is a source of electric energy obtained by direct conversion of chemical energy. https://electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=482-01-01 7 Projet SafeLiBatt. Rapport en cours de publication. 8 Rappsilber T, Yusfi N, KrÃŒger S, Hahn S-K, Fellinger T-P, Krug von Nidda J, et al. Meta-analysis of heat release and smoke gas emission during thermal runaway of lithium-ion batteries. Journal of Energy Storage. 2023;60:106579 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 154 sur 200 Figure 131 : Débit calorifique libéré par type de cellule et format AprÚs avoir rapporté et comparé les valeurs de débit calorifique à des cellules et montré qu?il n?y a pas de différence fondamentale entre les deux technologies (Li-ion et LMP), il faut s?intéresser à une comparaison à l?échelle du module. C?est à cette échelle que les choix d?ingénierie se font particuliÚrement ressentir, notamment via la maîtrise du phénomÚne de propagation entre éléments unitaires (cellules). Dans cette étude, des valeurs de l?ordre de 500 W/Wh ont été mesurées pour la combustion d?un module, qui est en fait la brique unitaire pour la technologie LMP de Blue Solutions. L?expérience de l?Ineris sur des modules automobiles donne généralement des valeurs avoisinant 100 W/Wh tandis que la littérature9 donne des valeurs proches de 250 W/Wh. On remarque que pour le Li-ion, ces valeurs sont inférieures à celles mesurées à l?échelle cellule puisque la propagation entre cellule se fait plus lentement que la propagation de la réaction en interne d?une cellule. A cette échelle, un net écart se creuse donc en défaveur des modules LMP Blue Solutions, non pourvus de séparation physique entre les éléments du module (7 kWh) qui permettrait de ralentir la propagation et limiter la quantité de matériaux réagissant simultanément. Si l?on prend en compte maintenant les conditions de stockage, un article récent de la littérature10 modélise un feu de caisse en entrepÃŽt avec une valeur de HRR autour de 2 MW. Dans cette campagne d?essais un feu d?une caisse de modules LMP a conduit à des pics de HRR entre 5 et 9 MW. Outre la chaleur de combustion et le débit calorifique, d?autres caractéristiques de la réactivité de ces batteries ont été observées lors de cette campagne d?essais et sont cruciales en termes d?évaluation des risques. Certaines se différencient nettement de ce qui peut être observé sur des batteries Li-ion dont notamment : 9 S. Kang et al., Full-scale fire testing of battery electric vehicles, Applied Energy 332 (2023) 120497 10 Y. Cui et al. , Numerical study on the fire and its propagation of large capacity lithium-ion batteries under storage, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (2023) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 155 sur 200 - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module n?entre en réaction violente. La réaction est quasi instantanée et trÚs violente ; - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; - Des températures trÚs élevées sont observées (1615 °C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement et donc la propagation peut affecter la tenue des structures métalliques ou bêton ; - Des coulées de métal/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol ; - Le mélange gazeux observé n?est pas inflammable contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Li-ion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réactions fumigÚnes sans feu violent parait impossible. En revanche, l?extinction à l?eau peut éventuellement générer des gaz inflammables et/ou pyrophoriques ; - Les résidus de combustion restent réactifs, émetteurs de gaz toxique/inflammables/pyrophorique au contact de l?eau et sujet à la ré-inflammation. Ceci peut compliquer le traitement post-accidentel. 12.2 Scénario d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP 12.2.1 Comparaison avec un feu de caisse « standard » (1510) et d?un feu de batteries Li-ion tel que discuté pour Flumilog La Figure 132 compare le débit calorifique associé à l?incendie d?une palette 1510 à celui d?une caisse composée de 7 modules LMP issu de l?essai réalisé le 22/03/2024 (Chapitre 8). Il s?agit de l?essai le plus représentatif d?un feu de caisse de modules LMP prise dans un incendie. Le débit calorifique de la palette 1510 est issu des travaux Flumilog11. Elle concerne une palette standard de volume 1,44 m3 (L x l x h = 1,2 x 0,8 x 1,5 m3) alors que le volume de la caisse est seulement de 400 L. On rappelle que le SOC des modules utilisés pour les essais était de 100 %, tel que déclaré par Blue Solutions. Pour les modélisations présentées en figure 132.133 et 134, servant à comparer les feux d?un « entrepÃŽt type » rempli de différents types de palettes (1510 classique, batteries Li-ion NMC, batteries LMP), l?outil Flumilog a été utilisé et plusieurs hypothÚses sont prises, résultant à des résultats « enveloppes » ou majorants, utiles pour la réglementation. La principale hypothÚse réside dans une cinétique de propagation particuliÚrement rapide, dans l?objectif d?avoir la masse la plus importante possible impliquée dans l?incendie. En effet, en cas de cinétique trop lente, les premiÚres palettes seraient éteintes à l?inflammation des derniÚres, conduisant à une moindre puissance de l?incendie et donc, par suite, à une minoration des flux calculés. L?énergie rayonnée étant directement proportionnelle à la puissance instantanée, maximiser la puissance permet d?évaluer les flux thermiques enveloppes. De plus, les effets des différents systÚmes de lutte contre l?incendie, systÚme d?extinction automatique et intervention des services internes ou externes de secours, ne sont pas pris en compte dans les hypothÚses de modélisation. En conséquence, cette hypothÚse est raisonnablement pénalisante par rapport à la cinétique de propagation en situation réelle. Une autre hypothÚse importante à garder en tête dans l?exploitation des résultats de l?outil Flumilog est la projection des flammes sur chacune des parois à chaque pas de temps de calcul des flux. En effet, pour favoriser le développement de l?incendie, le départ de feu est supposé se situer au centre de la cellule. Le feu se propage depuis le point d?inflammation vers les combustibles situés à proximité, conduisant, pour cette hypothÚse, à un feu localisé au centre de la cellule. Le départ de feu pouvant cependant se situer n?importe où dans la cellule, les flammes sont projetées sur chacune des parois pour le calcul des flux thermiques. 11 https://www.flumilog.fr/ Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 156 sur 200 De plus, pour chaque flamme, le cas avec et sans vent est pris en compte, la flamme est ainsi penchée, pour chaque façade, vers l?extérieur du bâtiment et les flux sont comparés à une flamme droite. Les flux donnés par le logiciel sont le maximum entre le cas avec et le cas sans vent. Figure 132 : Comparaison entre le débit calorifique émis par une palette 1510 et celui émis par une caisse de 7 modules LMP L?énergie dégagée par la palette 1510 atteint environ 4000 MJ alors que celle dégagée par la caisse atteint environ 2000 MJ. Afin d?affiner la comparaison, l?énergie libérée par l?incendie de la caisse de 7 modules LMP est extrapolée à celle d?un stockage unitaire de volume égal à celui de la palette standard 1510, soit 1,44 m3, au prorata du volume. Cela représente environ 25 modules. Le débit calorifique est obtenu en posant comme hypothÚse que le feu d?une caisse de 7 modules se propage à l?autre aprÚs 1,3 min, d?aprÚs la propagation moyenne observée lors de l?essai d?un feu de caisse de modules LMP prise dans un incendie (chapitre 8). Une vitesse de propagation plus lente conduirait à une puissance totale plus faible et des distances d?effets plus faible. Une vitesse de propagation plus rapide aura des conséquences inverses. Le débit calorifique d?une palette standard composée de 25 modules LMP peut alors être estimé par la courbe rouge de la Figure 133 et simplifié par la courbe grise selon la méthodologie Flumilog (méthodologie en cours de validation). La durée de l?incendie de la palette serait donc de 15 min et sa puissance maximale atteindrait 9000 KW. L?intégrale de cette courbe est d?environ 7500 MJ. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 HR R (k W ) Temps (min) Caisse 7 modules LMP Palette 1510 Flumilog Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 157 sur 200 Figure 133 : Débit calorifique émis par une palette de modules LMP Les distances d?effets associées à l?incendie d?un entrepÃŽt stockant des palettes de modules LMP sont présentées dans le paragraphe suivant. 12.2.2 Evaluation des distances d?effets thermiques pour un incendie d?entrepÃŽt Afin de modéliser les effets à l?échelles d?un entrepÃŽt et de permettre une comparaison en premiÚre approche entre différentes palettes types, des modélisation Flumilog est proposée. Des caractéristiques de l?entrepÃŽt ont dû être choisies afin de permettre la modélisation mais ne correspondent pas à celles de l?entrepÃŽt de Grand-Couronne. Les caractéristiques retenues de cet entrepÃŽt fictif considéré pour les simulations et les comparaisons sont les suivantes : - Surface de 6000 m² (100 x 60 m), - Hauteur de la cellule : 13 m, - Stockage en racks de 12 m de hauteur sur 7 niveaux, - Nombre de doubles racks : 9, nombre de simples racks : 2, - Toiture dotée de 2 % de surfaces d?exutoires, - Murs REI120 sur 3 façades et murs avec portes de quai pour 4iÚme façade. Deux stockages de palettes de 1,44 m3 sont considérés : - Dans le premier cas, 25 modules LMP par palettes chargés à 100 %, - Dans le second cas, des palettes standards de la rubrique 1510. Les distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog sont présentées sur la Figure 134. Cette comparaison est faite en supposant des cellules remplies à 100 % par chacune des typologies de produits, sans lien avec un quelconque sinistre. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 158 sur 200 Figure 134 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog ? à gauche, pour un stockage 1510, à droite pour un stockage de modules LMP L?émittance maximale calculée par Flumilog pour le cas LMP est de 198 kW/m2. Lors des essais des émittances comprises entre 165 et 200 kW/m2 ont été mesurées. L?ordre de grandeur est donc cohérent. Toutefois, il est communément admis que l?émittance décroit avec la taille du feu. Pour une émittance plus faible, les distances d?effets seront diminuées. Les distances d?effets obtenues dans les deux cas sont présentées dans le Tableau 26. Tableau 26 : Distances d?effets calculées avec le logiciel Flumilog Les puissances générées par l?incendie pour les deux configurations sont comparées sur la Figure 135. Seuil d'effet (kW/m²) Rubrique 1510 Modules LMP 3 43 > 110 5 23 110 8 NA 85 Distances d'effets (m) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 159 sur 200 Figure 135 : Puissance calculée pour les 2 cas traités La puissance obtenue pour le feu de batteries est trÚs inhabituelle pour un feu d?entrepÃŽt car elle culmine à des valeurs trÚs élevées, pratiquement 40 GW pour un temps trÚs court alors qu?elle atteint 5 GW pour un feu d?entrepÃŽt 1510. Cela s?explique par la puissance élevée de la palette unitaire qui favorise un emballement rapide. Encore une fois, cette modélisation n?est pas représentative de l?entrepÃŽt de Grand-Couronne mais sert seulement à donner des éléments de réponses à la question posée par le BEA de comparer un feu de caisses de batteries LMP à d?autres types de feu plus communément rencontrés et déjà documentés. 12.2.3 Analyse de la tenue des murs REI120 La tenue au feu d?un mur REI120 est dimensionnée sur la base de la courbe ISO83412 représentée sur la Figure 136. Cette courbe est caractéristique d?un feu cellulosique (bois, carton, ?) dont le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) des combustibles est de l?ordre de 20 MJ/kg. 12 ISO 834 ? Essai de résistance au feu ? Eléments de construction ? partie 1 : Exigences générales 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 0 20 40 60 80 100 120 140 Pu is sa nc e (M W ) Temps (min) Modules LMP Palettes 1510 - Flumilog Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 160 sur 200 Figure 136 : Courbe ISO834] La tenue mécanique au feu d?un mur REI120 est garantie si la température appliquée sur ce mur reste inférieure ou égale à la courbe ISO834. Il est clair que la température appliquée sur le mur peut ponctuellement être supérieure à la courbe sans compromettre sa tenue mécanique sous réserve que ce dépassement ait lieu sur une durée et une surface restreinte. Le graphe de la Figure 137 compare la courbe ISO 834 à la température issue de l?emballement thermique d?un stockage de modules LMP reconstruite de maniÚre théorique à partir : - des températures moyennes observées pendant les essais, - d?une modélisation d?un incendie d?entrepÃŽt à l?aide du code Flumilog qui permet d?évaluer la durée de l?agression thermique sur le mur. Il est bien évidemment trÚs compliqué de construire une courbe température ? temps avec les seules données disponibles aujourd?hui. Des choix ont été faits à des fins de comparaison. La courbe a ainsi été construite forfaitairement sur la base des choix suivants : - une phase de montée en température supposée de cinétique similaire à la courbe ISO 834 en l?absence d?élément, en reprenant donc une équation en logarithme népérien équivalente à l?ISO834 mais en adaptant celle-ci pour la température maximale soit atteinte au temps final de l?incendie calculé par l?outil Flumilog, soit 40 min ; - une phase de décroissante selon une équation de la forme A.exp(-B.t) avec les constantes A et B calées pour une durée d?incendie de 120 min. Cette forme de courbe en exponentielle est représentative de l?évolution de la décroissance de la puissance d?un incendie en référence à de nombreux essais réalisés par l?Ineris en chambre 1000 m3. La prise en compte de cette décroissance est réalisée pour refléter la durée calculée de l?incendie. Une autre approche aurait pu être de considérer la température constante une fois la température maximale atteinte. Cela n'aurait aucunement affecté les conclusions qui suivent. Cette courbe montre que l?incendie d?un stockage de modules LMP serait susceptible de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 puisque la température atteinte par l?incendie pourrait dépasser la température limite - sur laquelle les mus REI120 ont été dimensionnés - de plusieurs centaines de degrés pendant plusieurs dizaines de minutes, sous réserve que le stockage soit situé à proximité du mur et soit suffisamment étendu notamment le long du mur. A titre indicatif l?ordre de grandeur des distances pourrait correspondre à un stockage d?une dizaine de mÚtres de large minimum situé à une distance du mur inferieure à une dizaine de mÚtres. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 161 sur 200 Figure 137 : Comparaison entre la courbe ISO834 et la température d?agression issue de l?incendie de caisses de modules LMP 12.2.4 Analyse du besoin en désenfumage Pour évaluer la pertinence de la surface utile de désenfumage pour un stockage de batteries LMP, il convient de revenir à l?origine et à l?objectif de ce désenfumage. La mise en place d?un systÚme de désenfumage a ainsi pour objectif, en évacuant les fumées d?incendie, de réduire la cinétique de propagation du feu, limitant notamment le risque de flashover, mais également de maintenir les fumées à une certaine hauteur pour permettre l?évacuation. Les essais feu caisse permettent de proposer un débit surfacique d?environ 177 g/m2/s. De fait, la vitesse de combustion et le débit de fumées pour les batteries LMP sont bien supérieurs à ceux des produits cellulosiques et plastiques utilisés en référence pour évaluer la surface utile nécessaire de désenfumage (40 g/m2/s pour des pneus et 12g/m2/s pour des câbles électriques par exemple). Bien que les températures élevées atteintes par un tel incendie favorisent le désenfumage (pour une température plus élevée, les densités sont plus faibles, ce qui favorise l?écoulement au travers des ouvrants), et afin de conserver l?atteinte des objectifs de sécurité associés au désenfumage pour un tel stockage, il semble nécessaire d?accroître la surface de désenfumage. 12.2.5 Evaluation des effets toxiques aigÃŒes13 pour un incendie d?entrepÃŽt Afin de mettre en perspective les résultats des analyses de fumées réalisées dans cette étude, une comparaison entre la toxicité aigÃŒe des fumées d?un incendie de batteries LMP, de gazole et de pneumatiques est proposée. Cette comparaison ne prend en compte que la composition gazeuse car, en l?état actuel des connaissances, on considÚre que les particules n?influent pas sur la toxicité aigÃŒe mais seulement sur les effets chronique. De même, cette comparaison ne tient pas compte des effets que les émissions particulaires pourraient avoir sur l?environnement. Au regard des hypothÚses fortes sur la formation du panache, tel que décrit dans le rapport Ineris ?1614, il a été choisi, pour cette comparaison, d?évaluer la différence de toxicité à l?émission. Cette approche consiste à ne diluer les émissions que dans la seule quantité d?air nécessaire à la combustion des produits. La seule hypothÚse nécessaire est donc que l?apport d?air est suffisant pour assurer la combustion complÚte, condition dans laquelle sont également mesurés les facteurs d?émission listés dans le Tableau 14. 13 AigÃŒe au sens des valeurs seuils de toxicité aigÃŒe françaises (VSTAF) 14 Rapport Ineris W16, Omega 16 - Recensement des substances toxiques (ayant un impact potentiel à court, moyen et long terme) susceptibles d?être émises par un incendie, juin 2023. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 20 40 60 80 100 120 Te m pé ra tu re (° C) Temps (min) ISO834 Feu de caisses de modules LMP Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 162 sur 200 Afin d?évaluer la dangerosité des gaz émis, il est ainsi possible d?estimer la toxicité aigÃŒe du mélange gazeux constitué des gaz de combustion et de l?azote contenu dans l?air ayant servi à la combustion sous l?hypothÚse que tout l?oxygÚne est consommé. La toxicité de ce mélange peut alors être exprimée sous une forme inspirée de la Concentration Effective Fractionnelle (CEF) : ??? = ?? ?????????Ú??? Cette quantité représente ainsi le potentiel toxique du mélange, plus sa valeur est élevée, plus le mélange est toxique. En considérant les propriétés de combustion, vitesse et chaleur, du gazole, des pneumatiques et des caisses de LMP et les facteurs d?émissions, Tableau 14, il est possible d?évaluer cette valeur pour ces différents produits, Tableau 27 en utilisant les VSATF pour les seuils d?effet irréversibles pour 30 min d?exposition. Tableau 27 : CEF calculée pour différents produits. Produis CEF Gazole 5,4 Pneumatiques 16,5 Caisse LMP 15,8 Ce résultat met en évidence un potentiel toxique comparable entre pneumatiques caisse LMP, potentiel prÚs de 3 fois supérieur à celui du gazole pour ces deux produits en raison, notamment, de la production de gaz spécifiques comme les acides halogénés ou le dioxyde de soufre qui ont une forte toxicité. Il faut par ailleurs souligner que ce potentiel toxique à l?émission est principalement piloté par les gaz émis et la chaleur de combustion des produits, chaleur qui pilote le besoin en air. La puissance de l?incendie joue peu au final, pour ce qui concerne la toxicité à l?émission. Etant entendu que la vitesse de combustion mesurée est trÚs élevée pour les caisses LMP, l?effet ascensionnel du panache sera plus important avec pour conséquence une plus forte dilution pour le calcul des effets toxiques à distance de la source. 12.3 SynthÚse des particularités d?un feu d?entrepÃŽt stockant des batteries LMP Les résultats expérimentaux et numériques obtenus dans le cadre de cette étude conduisent aux conclusions suivantes : - Le débit calorifique lié à l?incendie d?une palette de modules LMP est pratiquement 6 fois plus élevé que celui associé à l?incendie d?une palette classée sous la rubrique 1510 ; - Les températures de flamme liées à l?incendie d?un stockage de modules LMP peuvent atteindre en moyenne plus de 1400 °C et sont susceptibles de compromettre la tenue mécanique d?un mur REI120 sous réserve que ce stockage soit situé à proximité du mur à moins d?une dizaine de mÚtres, et disposé le long du mur sur une dizaine de mÚtres minimum ; - Les distances d?effets au seuil des effets irréversibles (SEI) associées à l?incendie d?un entrepÃŽt de 6000 m², de 13 m de hauteur et doté de murs REI120 composé d?un stockage en racks de palettes de modules LMP pourraient atteindre plus de 110 m. Les distances d?effets au seuil des effets domino (8 kW/m²) pourraient atteindre 85 m. Ces distances sont au minimum 5 fois plus élevées que celles associées à un entrepÃŽt de produits courant (rubrique 1510) ; - Les besoins de désenfumage des entrepÃŽts stockant des batteries LMP pourraient être supérieures à ceux préconisés dans la rubrique ICPE1510. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 163 sur 200 PARTIE 3 : Protection en phase accidentelle et réactivité des résidus Cette partie cherche à déterminer la réactivité des résidus afin de préciser si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 164 sur 200 13 Observations préliminaires A l?issue des essais, bien que les modules étaient complÚtement consommés, une quantité importante de résidus était présente et la plupart des outils utilisés lors de l?essai à proximité de la réaction (bac de rétention, virole, outil d?écrasement, ?) étaient fortement dégradés. Comme cela est visible sur la Figure 138, la plupart des résidus avaient une couleur rougeâtre ou brunâtre et étaient trÚs hétérogÚnes. Figure 138 : Photographies des résidus d?essais Les jours suivant les essais, lors du nettoyage des chambres d?essai, de fortes odeurs rappelant celles de l?ail ont été senties de maniÚre continue à proximité des chambres et dans un rayon de plusieurs mÚtres autour des fûts de 200 L dans lesquels étaient placés les résidus et matériels souillés. Afin de limiter les odeurs, les fûts sont stockés dans des locaux ventilés jusqu?à leur élimination dans les filiÚres appropriées. Aussi, quelques heures aprÚs la mise en fût, le couvercle d?un fût cerclé a été projeté à plusieurs mÚtres malgré l?utilisation de couvercles à valve de surpression. Lors de transfert de matériel souillé les jours de pluie, des inflammations ont été observées comme documenté en Figure 139. Enfin, lors des phases de nettoyage aprÚs-essai, du fait de la nature compacte et solide des résidus, les morceaux trop volumineux pour la mise en fût ont dû être cassés à l?aide d?outils tels qu?une pioche. Lors des coups de pioches, des inflammations intermittentes ont également été observées. Figure 139 : Extraits vidéo où l?inflammation de résidu au contact du sol humide est visible Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 165 sur 200 Ces inflammations répétées ont rapidement conduit à l?hypothÚse de la formation de gaz inflammables par les résidus d?essai. Deux mois aprÚs l?essai pad module, une analyse FTIR a été réalisée dans le ciel gazeux d?un fût de résidu de l?essai pad module. Pour cela, le couvercle du fût a été percé et un flux entrant d?azote de 2,5 L/min a été imposé en même temps que les gaz sortants étaient analysés par FTIR. Le spectre présenté Figure 140 est ainsi obtenu. Trois gaz y sont clairement identifiables à l?issue de cette analyse : de l?eau (issue de l?humidité de l?air) ; de la phosphine (PH3) et de l?acétylÚne (C2H2). Une quantification approximative de la phosphine permet d?estimer une production d?environ 0,15 L/h. En plus de ces composés, il est probable qu?en présence d?eau, de l?H2 soit formé par réaction avec du Li métal présent dans les résidus. Le H2 n?est pas mesurable par FTIR. Figure 140 : Analyse du ciel gazeux d?un fût contenant des résidus de combustion de l?essai pad sur module Afin de préciser si, au regard de la réactivité de ces résidus, les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d?extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants, les substances en présence ont été analysées et les mécanismes possibles de formation de ces gaz proposés. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 166 sur 200 14 Réactivité des résidus Cette partie vise à caractériser l?hydro réactivité des résidus et caractériser la formation gazeuse. 14.1 PrélÚvement Quatre jours aprÚs l?essai, des résidus de l?échantillon soumis à essai ont été prélevés à l?aide d?un marteau et d?un burin dans le bac de feu utilisé pour l?essai, situé dans la Galerie Incendie de l?Ineris (Figure 141). Le prélÚvement correspond à des résidus restés au fond du bac feu aprÚs l?essai propagation sur caisse. Figure 141 : Cliché photographique du prélÚvement d?échantillon issu de résidus de combustion de batterie, produits à la suite d?un essai abusif Il est à noter que lors du prélÚvement de l?échantillon dans le bac de feu, des étincelles ont été produites suite aux coups de burin sur les résidus de combustion, mais seulement dans certaines zones du bac. Les analyses présentées dans la suite de ce document ont été effectuées sur des échantillons prélevés dans des zones du bac contenant les résidus les plus susceptibles de produire des étincelles. 14.2 Evaluation préliminaire de la réactivité des résidus prélevés Immédiatement aprÚs le prélÚvement décrit ci-dessus, quelques gouttes d?eau ont été versées sur un fragment de l?échantillon ainsi prélevé (Figure 142b). Une réaction vive a été observée, avec un bullage/formation d?une mousse et émission de gaz à la surface de ce dernier sans signe d?inflammation (Figure 142c). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 167 sur 200 Figure 142 : Clichés photographiques de l?échantillon (immédiatement aprÚs le prélÚvement) placé dans un bécher (a), lors d?ajout d?eau (b) et bullage/formation de mousse (c) AprÚs humidification, les fragments d?échantillon soumis à des chocs mécaniques (coups de burin) se sont également montrés d?autant plus réactifs, produisant des inflammations relativement vives (Figure 143). Il semblerait donc, d?aprÚs ces premiÚres constatations, qu?une fois l?échantillon prélevé et humidifié (voire réhumidifié), l?impact/frottement mécanique d?une piÚce en métal (burin) contre le résidu serait à même de provoquer l?inflammation du ou des gaz formé(s). Figure 143 : Clichés photographiques du comportement de l?échantillon humidifié soumis à une action/contrainte mécanique b ca Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 168 sur 200 Le reste d?échantillon prélevé (Figure 144) a été immédiatement placé en boîte à gants sous atmosphÚre inerte avec une concentration d?O2 inférieure à 10 ppm. Figure 144 : Clichés photographiques du prélÚvement d?échantillon de résidus de combustion de batteries et fragments produits à la suite du concassage au burin en boîte à gants pour s?approcher des quantités requises pour les diverses phases de l?épreuve N.5 Les échantillons ont ensuite été soumis aux essais de caractérisation de l?hydro réactivité décrits en Section 14.3 sans traitement préalable. 14.3 Epreuve N.5 : Méthode d?épreuve pour les matiÚres qui, au contact de l?eau, dégagent des gaz inflammables (ONU) Les essais ont été réalisés suivant l?épreuve décrite dans le Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU, 8Úme édition, réf. ST/SG/AC.10/11/Rév.8, 2023. 14.3.1 Phase 1 Protocole de la Phase 1 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : Dans un bac rempli d?eau distillée à 20°C, on place une petite quantité de matiÚre (c?est à dire une portion d?environ 2 mm de diamÚtre). On observe s?il y a dégagement et s?il y a inflammation spontanée du gaz. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 169 sur 200 En raison de l?état de la nature (massive) de l?échantillon, il n?a pas été possible de prélever précisément une portion de 2 mm de diamÚtre (Figure 145). Figure 145 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 1 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un fort dégagement de gaz (sans inflammation) est observé spontanément dÚs immersion de l?échantillon, et ce durant un peu plus de 1 minute. 14.3.2 Phase 2 Protocole de la Phase 2 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : On place une petite quantité de matiÚre (c?est à dire une portion d?environ 2 mm de diamÚtre) au centre d?un papier-filtre flottant à la surface d?un bain d?eau distillée à 20°C, dans un récipient approprié (Figure 146). Le rÃŽle du papier-filtre est de maintenir la matiÚre en un point fixe, afin d?obtenir la probabilité maximale d?inflammation spontanée du gaz dégagé. On observe s?il y a dégagement et s?il y a inflammation spontanée du gaz. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 170 sur 200 Figure 146 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 2 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un dégagement de gaz (sans inflammation) est observé durant 1 minute environ, il convient donc de passer à la phase 3 de l?épreuve N.5. 14.3.3 Phase 3 Protocole de la Phase 3 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : Ce test consiste à humidifier les échantillons sans traitement particulier afin de faire un test exploratoire et évaluer la réactivité des échantillons. Compte tenu du fait qu?ils n?étaient pas friables, nous l?avons soumis « tel quel » à cette nouvelle épreuve (Figure 147). Durant cette phase de test, une mesure de température à coeur de l?échantillon a été effectuée pour évaluer une estimation des échauffements lors de la réaction. Figure 147 : Clichés photographiques des échantillons d?essais soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 Durant cet essai, un dégagement de gaz est observé (Figure 5a), sans inflammation, avec une montée notable de température de l?ambiante à 84°C (Figure 5b). (NB : la température d?auto-inflammation de la phosphine, gaz pyrophorique est de 38°C) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 171 sur 200 Un test d?inflammation des gaz émis a été réalisé à l?aide d?un brûleur à gaz. A l?approche de la flamme du brûleur, une inflammation spontanée et vive est observée (Figure 148). Figure 148 : Clichés photographiques de la tentative d?inflammation au brûleur à gaz des gaz générés lors de l?ajout de quelques gouttes d?eau sur l?échantillon soumis à la phase 3 de l?épreuve N.5 Un fragment d?échantillon a également été soumis à la Phase 4 de l?épreuve (Section 14.3.4) afin d?estimer le débit gazeux émis lors de l?immersion de l?échantillon dans de l?eau. 14.3.4 Phase 4 Protocole de la Phase 4 de l?épreuve N.5 du rÚglement ONU : S?il s?agit d?une matiÚre solide, on l?inspecte pour déterminer si elle contient une certaine quantité de particules fines (c?est-à-dire de granulométrie inférieure à 500 µm). Si cette quantité représente plus de 1 % (en masse) du total, ou s?il s?agit d?une matiÚre friable, l?échantillon entier doit être broyé en poudre avant l?épreuve pour simuler les effets d?effritement au cours de la manutention et du transport ; dans le cas contraire, on utilisera la matiÚre sous sa forme commerciale (dans le cadre de cette étude l?échantillon sera utilisé sous sa forme tel que prélevée et aprÚs un léger concassage), comme dans le cas des liquides. L?essai qui doit se dérouler à la température ambiante (20°C) et à la pression atmosphérique est exécuté trois fois. On utilise une ampoule à décanter contenant de l?eau, et une fiole conique dans laquelle on a placé une quantité suffisante de matiÚre (jusqu?à maximum 25 g) pour produire de 100 à 250 ml de gaz. On ouvre le robinet de l?ampoule à décanter pour laisser couler l?eau dans la fiole conique ; on déclenche un chronomÚtre. Le volume de gaz produit est mesuré de toute maniÚre appropriée. On note la durée totale du dégagement de gaz ; on note également, si possible, la quantité produite à certains intervalles. La production de gaz est calculée sur une durée de 7 heures à intervalles d?une heure. Si le débit de gaz fluctue ou augmente aprÚs 7 heures, la durée de mesure doit être prolongée jusqu?à un maximum de cinq jours. On peut cependant arrêter l?épreuve avant si le débit est devenu constant ou diminue réguliÚrement et que l?on a recueilli suffisamment de données pour pouvoir affecter la matiÚre à un groupe d?emballage/une catégorie ou conclure qu?elle ne relÚve pas de cette classe de danger. Si la nature chimique du gaz dégagé n?est pas connue, il doit être soumis à un essai d?inflammabilité. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 172 sur 200 Dans le cadre de cet essai, la mesure du volume de gaz produit a été effectuée en utilisant un débitmÚtre automatique (type MGC-1), qui permet de mesurer le dégagement de gaz en fonction du temps (Figure 149). Figure 149 : Cliché photographique illustrant un exemple d?échantillon soumis à la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques Le MGC-1 dispose d?une cellule immergée dans de l?huile synthétique (Calrix), qui collecte le gaz dégagé par la réaction entre le produit testé et l?eau. Le gaz est amené par un tube qui pénÚtre à l?intérieur de l?appareil, jusqu?au-dessous de la cellule. Celle-ci bascule lorsque le volume de gaz accumulé atteint 3,2 ml et permet au gaz de s?échapper à l?air libre par un autre conduit. La cellule de mesure est reliée au logiciel d?acquisition « RIGAMO » qui marque un point à chaque basculement. L?appareil dispose également d?un affichage numérique du volume cumulé de gaz comptabilisé au cours du temps. Pour des raisons d?homogénéité dans le calcul du débit de gaz dégagé au cours des essais, seul le résultat en volume cumulé au cours du temps a été utilisé. Les essais seront réalisés sur les échantillons « tels quels » pour reproduire les conditions sur site, et légÚrement concassés, afin d?obtenir des prises d?essai pouvant être introduites dans les erlenmeyers. Les essais se sont déroulés au sein de la plateforme sécurisée, thermostatée à 20°C. Environ 5 g d?échantillon est déposé au fond d?un erlenmeyer de 50 ml en boîte à gants sous argon (l?erlenmeyer est muni d?un bouchon à septum en partie supérieure et d?un film de parafilm pour le raccord au débitmÚtre) et, sous sorbonne, une quantité de 10 ml d?eau distillée est ajoutée de maniÚre à immerger la substance soumise à essai. Le compteur de gaz MGC-1 est préalablement raccordé à l?erlenmeyer. Les courbes de suivi du dégagement gazeux de l?échantillon « tel quel » sont reportées ci-aprÚs (figures 150 et 151). Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 173 sur 200 Figure 150 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec les débitmÚtres automatiques pour l?échantillon « Tel Quel » ? Essai 2 Figure 151 : Evolution du débit de gaz dégagé en fonction du temps lors de la phase 4 de l?épreuve N.5 avec le débitmÚtre automatique pour l?échantillon « Tel Quel » - Essai 3 Un dégagement de gaz sans inflammation spontanée a été observé au cours de chaque essai et le débit de gaz à plafonné à 576 L/h.kg pendant quelques minutes. 14.4 Analyse des gaz de réaction générés lors de l?ajout d?eau sur l?échantillon Afin de connaitre la nature des gaz formés, un prélÚvement a été réalisé dans un sac Tedlar puis identifié par GC/MS. Pour l?analyse de la phosphine, un filtre imprégné (AgNO3) a été exposé au gaz puis a subi une extraction dans un bain à ultrasons durant 1 h avant que le phosphore soit quantifié par ICP OES. Ainsi, il ressort qu?une part majoritaire des gaz émis est du dihydrogÚne (H2) et que la phosphine (quantifié en équivalent P) est émise dans des quantités 25 fois moindres. La présence d?acétylÚne n?a pas été recherchée bien qu?elle ait été démontrée par FTIR. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 174 sur 200 Des traces d?autres espÚces ont été détectées sans pouvoir être quantifiées, on citera par exemple : trimethylsilyl fluoride, tetramethyl silane, ethyl phosphine, dimethyl phosphine, trimethyl silanol, acide acétique, hexamethyl disiloxane, n-butyl ether 14.5 Risques liés à l?émission de phosphine Il a été mis en évidence lors des essais la formation de phosphine en présence d?eau, mais également humidité. Lors d?un essai de sprinklage (30 l/m²/min), le débit de phosphine mesuré est d?environ 0,2 g/m²/s. En supposant de façon prudente que ce taux d?application du sprinklage soit employé sur la moitié de la surface de la cellule et que 100 % de cette surface soit occupée par des résidus de batterie aprÚs incendie, le taux d?émission de phosphine serait de 600 g/s. Afin d?estimer les potentielles conséquences d?une telle émission, celle-ci a été modélisée dans l?outil Phast v9.0 afin d?estimer la distance aux effets toxiques. Le seuil des effets irréversibles (SEI) pour 30 min d?exposition, soit 155 ppm a été utilisé pour représenter les distances atteintes. Le seuil des premiers effets létaux pour une même durée de 30 min, 1395 ppm, est également tracé à titre informatif. Deux classes de vent ont été considérées pour cette représentation, F3 et D5, conformément aux prescriptions de la circulaire du 10/05/2010 pour la modélisation des effets toxiques dans le cadre des études de dangers. Il convient enfin de préciser que, sur la base des observations sur le terrain, la température d?émission de la phosphine est fixée à 100°C. Les distances d?effets ainsi obtenues sont représentées sur la Figure 152. La distance maximale atteinte par les effets irréversibles au niveau du sol est d?environ 250 m, 65 m pour les effets létaux. En considérant les effets en altitude, la distance aux effets irréversibles atteint 550 m, les effets létaux 120 m environ. Figure 152 : Vue latérale du panache toxique résultant de l?émission de phosphine, effets irréversibles et premiers effets létaux. Il est également important de noter que, en l?absence de perception d?une forte odeur aillée, il n?est pas attendu que les seuils effets irréversible soient atteint. En effet, comme l?indique la figure 15315 le seuil de perception est largement en deçà du seuil d?effet irréversible. 15 https://substances.ineris.fr/sites/default/files/archives/7803-51-2%20--%20Phosphine%20-- %20VSTAF-Rapp.pdf Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 175 sur 200 Figure 153 : Seuils de toxicité et de perception de la phosphine 14.6 Conclusions sur la réactivité des résidus Les essais de détermination de l?hydro réactivité, suivant l?épreuve N.5 du Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU (ST/SG/AC.10/11/Rev.8), réalisés sur le résidu de combustion de batteries prélevé « Tel Quel » permettent de conclure que : ? Un fort dégagement gazeux a été observé systématiquement pour chaque phase de l?épreuve dans les conditions d?essais, et une inflammation immédiate et vive des gaz générés a été mise en évidence lors des tentatives d?inflammation à l?aide d?une flamme produite par un brûleur à gaz (à distance d?environ 30 cm minimum) ; ? Des débits de gaz allant jusqu?à environ 576 L/h.kg en débit maximal sur 1 h ont été mesurés ; ? Le résidu de combustion est donc considéré comme étant hydro réactif au sens de la classification ONU TMD ; ? La distance maximale atteinte par les effets irréversibles au niveau du sol est d?environ 250 m. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 176 sur 200 15 Caractérisation des résidus Cette partie a pour but de caractériser les résidus afin de comprendre les mécanismes menant à la formation des gaz observés. La figure 152 présente les flacons de résidus, stockés en boite à gants qui seront broyés puis analysés. Figure 154 : Photographies des résidus prélevés pour analyse Une analyse DRX a tout d?abord été réalisée sur les résidus de l?essai flux radiant sans que le transfert, ni l?analyse, ne soient réalisées dans des conditions protégées de l?air (ces analyses par DRX ont été sous-traitées à l?UTC). Les résultats de l?analyse sont présentés en figure 153. Sur ce prélÚvement les phases principalement identifiées sont le LFP (+triphylite LiFePO?) provenant de la cathode, le quartz (SiO2) provenant du sable, le lithiophosphate (Li3PO4) la calcite (CaCO3) provenant possiblement des parpaings des siporex utilisés comme support. Aucun composé hydro réactif et/ou susceptible d?être à l?origine des émissions gazeuses n?est ainsi détecté, ce qui est plutÃŽt attendu dans la mesure où les poudres analysées devaient être oxydées (avaient réagi) avant l?analyse. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 177 sur 200 Figure 155 : Analyse DRX des résidus d?un essai compression statique. L?analyse porte sur des résidus plutÃŽt rougeâtres et le transfert et l?analyse ont été réalisés sous air (poudre oxydée) Pour compléter cette analyse, une seconde analyse a été réalisée sur les résidus identifiés comme étant les plus réactifs parmi le prélÚvement réalisé aprÚs l?essai de propagation. Cette analyse, dont les résultats sont présentés en Figure 156, a été réalisée en broyant l?échantillon en boîte à gants (O2<10 ppm) afin d?éviter son oxydation (contrairement à l?analyse précédente). La poudre ainsi obtenue a ensuite été placée dans un porte échantillon et recouverte d?un film d?adhésif polyimide de marque Kapton (responsable de la bosse aux faibles angles du spectre rayons X représenté en Figure 156). Deux analyses d?un même échantillon ont été réalisées à quelques heures d?intervalle afin d?identifier d?éventuels phénomÚnes d?oxydation (le film Kapton n?est pas parfaitement étanche sur plusieurs heures) : le spectre « résidus batterie » (ligne noire, Figure 156) a correspond à la premiÚre analyse réalisée. Le spectre « résidus batterie 2 » correspond quant à lui à la seconde analyse (ligne rouge, Figure 156). La matrice composite constituant l?échantillon étant trÚs complexe, les spectres des Figures 155 et 156 montrent de nombreux pics, pouvant être associés à une multitude de composés. Ces analyses ne sont cependant pas suffisantes pour dresser avec certitude une liste exhaustive des composés constituant ces résidus. L?affinement des spectres de DRX par l?UTC suggÚre la présence de différents composés dans l?échantillon analysé tels que : ? Une possible présence de Li3P (en particulier, sur la base de la présence d?un pic caractéristique de cette phase à un angle de 2? = 42°). Cette interprétation est cependant questionnable, en particulier du fait de la difficulté à distinguer les autres pics constituant le spectre caractéristique du Li3P. L?identification de Li3P peut être envisagée (particuliÚrement le pic à 42°) ; ? Une possible présence d?alliage aluminium-lithium LiAl, suggérée par deux pics à des angles de 2? = 40° et 2? = 24° ; ? Une possible présence de d?aluminate de lithium, indiquée par plusieurs pics situés à des angles tels que 2? = 70°, 33° et 24°. La comparaison des deux spectres réalisés à quelques heures d?intervalle montre une évolution des pics mesurés au cours du temps, pouvant être le signe d?une réactivité des échantillons avec leur environnement extérieur (mauvaise étanchéité de l?adhésif Kapton). Cependant, l?évolution temporelle de l?intensité de ces pics semble difficile à interpréter du fait de comportements a priori contradictoires des différents pics. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 178 sur 200 On pourrait en effet s?attendre à ce qu?au cours d?une exposition prolongée à l?air, les poudres s?oxydent, ce qui, du point de vue des spectres de DRX, pourrait se traduire par une diminution progressive des pics attribués à LiAl et une augmentation de ceux attribués à LiAlO2. La Figure 156 montre en revanche une diminution importante de l?intensité du pic à 2? = 40° attribuée à LiAl alors que le pic à 2? = 24° reste stable. De même, l?intensité des pics à 2? = 70° et à 33°, attribuée à LiAlO2 tend à diminuer au cours du temps, tandis que 2? = 24° reste stable et que celui à 35° tend à augmenter. Enfin, on observe une augmentation de l?intensité des pics associés à LiNiO. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 179 sur 200 Figure 156 : Analyse DRX des résidus de l?essai feu caisse. L?analyse porte sur un ensemble hétérogÚne de résidus et le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air (protégé par du Kapton) Afin de compléter l?analyse DRX, une analyse RMN des isotopes 31P et 7Li a été réalisée à l?ICMCB. Les résidus analysés sont issus de l?essai propagation et ont été préparés par broyage en boîte à gants sous atmosphÚre inerte et l?analyse s?est faite dans des conditions excluant le contact de l?air. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 180 sur 200 Les résultats sont présentés en Figure 157. Le spectre du 31P permet d?identifier clairement le Li3P par le déplacement de raie caractéristique à -270 ppm16. Le spectre du 7Li confirme la présence de Li3P et met en évidence la présence d?autres composés lithiés où le Li est proche d?espÚces paramagnétiques (LixC, LiFeP?). Cette analyse permet aussi d?exclure la présence de Li métallique dans l?échantillon testé. / Figure 157 : Analyse RMN d?un ensemble hétérogÚne de résidus sur le 31P et le 7Li. Le transfert et l?analyse ont été réalisés sans contact avec l?air La mise en évidence d?un environnement diamagnétiques à proximité du Li par l?analyse RMN peut suggérer la présence de phases telles que LixC ou LiFeP. Cette analyse a donc été complétée par une analyse Mössbauer du fer dont les résultats sont présentés Figure 158. Cette analyse permet une détermination du degré d?oxydation du fer, et apporte par conséquent davantage d?information sur les composés en présence dans l?échantillon. 16 Marino, C.; Boulet, L.; Gaveau, P.; Fraisse, B.; Monconduit, L. Nanoconfined phosphorus in mesoporous carbon as an electrode for Li-ion batteries: performance and mechanism. Journal of Materials Chemistry 2012, 22, 22713- 22720 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 181 sur 200 Figure 158 : spectroscopies Mössbauer des résidus d?essais Ce spectre est constitué d'un unique doublet. Les paramÚtres hyperfins correspondent à du Fe3+ haut spin en site tétraédrique (déplacement isomérique "petit delta" = 0.25 mm/s) dans un environnement relativement symétrique (éclatement quadripolaire "grand delta" = 0.44 mm/s). Ce doublet quadripolaire peut être associé à une phase de type LiFeP17 et, de maniÚre certaine, pas à un oxyde ou oxyhydroxyde de fer, un phosphate de fer ou encore une phase de type Fe3C. 17 Boyanov, S.; Womes, M.; Jumas, J.-C.; Monconduit, L. 57 Fe Mössbauer study of the electrochemical reaction of Li with FeP y (y= 1, 2). In Proceedings of the ICAME 2007: Proceedings of the 29th International Conference on the Applications of the Mössbauer Effect (ICAME 2007) held in Kanpur, India, 14-19 October 2007, 2009; pp. 1143- 1155. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 182 sur 200 16 Mécanismes réactionnels susceptibles de former de la phosphine A la lumiÚre des analyses réalisées, ci-dessus, et dans la limite des informations à disposition à ce stade, la caractérisation des résidus permet ainsi de proposer différentes hypothÚses de mécanismes de réaction qui pourraient expliquer la formation de la phosphine mesurée dans le ciel gazeux des échantillons exposée à un environnement humide : 1- L?excÚs de Li(m) fondu à l?anode (température de fusion du Li : 180 °C), en présence d?une atmosphÚre réductrice (H2, CO2, CO, ?) et à trÚs haute température (> 1400°C) réduit LixFePO4 en Li3P et LiFeP (suggéré par RMN et Mössbauer). En considérant les résultats Mössbauer, cette réduction du FePO4 de la cathode pourrait se faire en présence de H2 et de CO et en fonction de la température par l?intermédiaire de la formation de Fe2P, Fe3P ou du FeP18. Une partie du FeP peut ensuite interagir avec le Li en excÚs selon le mécanisme (1) pour former du Li3P19. FeP + Li ? LiFeP (1) LiFeP + 2Li ? Li3P + Fe0 (1) 2- Au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air, le Li3P réagit pour former de la phosphine selon la réaction (2) Li3P + 3H2O? 3LiOH + PH3 + chaleur (2) Les analyses présentées en Section 16 n?ont pas permis d?identifier le composé à l?origine de la production d?acétylÚne. Cependant, en considérant les matériaux composant le module, ainsi que les conditions de combustion (environnement, températures, ?), il est possible de proposer les équations de réaction suivantes : 1- L?excÚs de Li(m) fondu à l?anode réagit avec le CO2 formé par la réaction de combustion, favorisé par les hautes températures atteintes pour former un carbure de lithium selon la réaction (3) Li(molten) + CO2? Li2C2 (3) 2- Au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air, le carbure de lithium réagit pour former de l?acétylÚne selon la réaction (4) Li2C2 + 2H2O? C2H2 + 2LiOH + chaleur (4) Enfin, l?inflammabilité du mélange gazeux émis par les résidus de combustion et l?intensité de la combustion pourraient également être liées à la présence importante de dihydrogÚne mis en évidence au paragraphe 13.4. Malgré l?absence de détection de Li sous forme métallique dans les analyses réalisées, sa présence dans les résidus ne peut pas être écartée. En effet, au contact de l?eau ou de l?humidité de l?air le Li forme du dihydrogÚne selon la réaction (5) 2 Li(m) + 2 H2O ? 2 LiOH (aq) + H2(g) + chaleur. (5) 18 Ye. Mukhametkhan et al., Complete thermodynamic analysis of the interaction of iron phosphate (FePO4) with hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), Matalurgija 60, 2021 19 Boyanov, S.; Bernardi, J.; Gillot, F.; Dupont, L.; Womes, M.; Tarascon, J.-M.; Monconduit, L.; Doublet, M.-L. FeP: another attractive anode for the Li-ion battery enlisting a reversible two-step insertion/conversion process. Chemistry of materials 2006, 18, 3531-3538 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 183 sur 200 17 Conclusion générale Le 16 janvier 2023, un incendie s?est déclaré au sein d?un entrepÃŽt situé sur la commune de Grand Couronne (76), qui abritait, selon l?exploitant, plusieurs milliers de batteries de véhicules de type Lithium Métal Polymer (LMP). Suite à l?incendie, le BEA-RI s?est saisi de l?enquête et devant la quasi-absence de données disponibles dans la littérature sur la réactivité des batteries de type LMP, l?Ineris a été missionné pour mettre en oeuvre une campagne d?essais permettant de mieux appréhender les modes de défaillance pouvant être à l?origine d?un emballement thermique, les mécanismes de propagation, les effets de la réaction de ces batteries ainsi que l?efficacité des dispositifs de protection. Pour permettre la réalisation d?essais, Blue Solutions a mis à disposition les échantillons nécessaires. Ce rapport fait état des constats observés lors des essais réalisés lors de la campagne menée à l?INERIS et répond au questionnement de la saisine du BEA-RI en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique Les essais sur les modes de défaillance ont permis de conclure sur : - la possibilité de déclencher un emballement thermique par abus mécanique pouvant correspondre à une chute d?une masse de 40 kg de 5 m ou 280 kg de 6,5 m, selon la face impactée. Les hypothÚses d?une chute d?objet sur la caisse, de la chute d?une caisse ou d?un coup de fourche de chariot élévateur semblent être des hypothÚses plausibles même s?il faut noter que les modules étant placés dans des caisses carton qui offrent une protection relative aux modules ; - la possibilité qu?un défaut interne de type court-circuit entre cellules ou interne à certaines cellules constitutives des modules induise un emballement thermique du module. Un essai clou a été réalisé et n?a pas permis le déclenchement de l?emballement thermique d?un EC. Afin de s?affranchir des nombreux paramÚtres de tests qui auraient pu changer l?issue de l?essai, un test ne simulant non pas le défaut (court-circuit interne) mais les conséquences d?un défaut, c?est-à-dire un échauffement rapide localisé. Un essai de chauffe rapide localisée directement à la surface d?un EC a été réalisé et a permis de créer un emballement thermique de l?ensemble de l?EC qui s?est ensuite propagé à l?EC en série placée dessous. En supposant que cet essai soit représentatif de ce qu?il pourrait se passer en cas de défaut interne, il est donc possible de conclure qu?un défaut interne peut causer l?emballement thermique d?un EC qui se propage ou se serait ensuite propagé au module. D?autres hypothÚses comme le court-circuit externe, un défaut d?étanchéité ou la surdécharge n?ont pas été étudiées car non considérées comme susceptibles d?être la source de départ d?un emballement thermique pour un module à température ambiante en condition de stockage. ? D'étudier les mécanismes de propagation de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie De maniÚre générale, les essais menés ont permis de caractériser le comportement des batteries LMP produites par Blue Solutions en situation abusive. Il ressort de l?analyse que : - Peu de signes avant-coureurs sont observables avant que le module n?entre en réaction violente. La réaction est quasi instantanément trÚs violente ; - La détermination d?abus maximal tolérable avant l?emballement thermique est compliquée à déterminer car la réaction se produit avec un décalage temporel important par rapport à l?abus. Ce comportement est observé particuliÚrement lors d?abus mécaniques ; - Des jets de métal en fusion sont observés dÚs les premiers instants de la réaction et se poursuivent tout au long de la réaction. Ces jets sont potentiellement une source de propagation de l?incendie et/ou de danger envers les personnes ; Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 184 sur 200 - Des températures trÚs élevées sont observées (1615°C), ce qui, en plus de jouer un rÃŽle important sur le rayonnement et donc la propagation, peut affecter la tenue des structures métalliques ou en bêton ; - Des coulées de métaux/résidus en fusion trÚs chaudes sont observées et restent chaudes plusieurs minutes au sol. Cela favorise la propagation verticale (vers le bas) et horizontale, de la même maniÚre qu?un feu de nappe le ferait en s?étalant au sol. En complément de ces observations, des valeurs précises concernant les paramÚtres de combustion ont pu être déterminées. L?énergie de combustion spécifique des modules LMP Blue Solutions est supérieure par rapport à ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris sur des cellules Li-ion NMC tandis que le débit calorifique spécifique des modules LMP Blue Solutions atteint des valeurs comparables avec ce qui a pu être déjà observé à l?Ineris ou dans la littérature sur des cellules Li-ion NMC. Si l?on compare maintenant ces valeurs à celles observées sur des modules Li-ion de type automobile, le débit calorifique mesuré sur les modules LMP Blue Solutions est également nettement supérieur. Cet écart s?explique à la fois par les propriétés intrinsÚques de la technologie et par les choix d?ingénierie faits par Blue Solutions, aboutissant à l?absence de séparation physique entre les éléments du module (7 kWh) qui permettrait de ralentir la propagation et limiter la quantité de matériaux réagissant simultanément. ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés Lors de la combustion des modules, des émissions de gaz importantes sont observées. Le mélange gazeux est en trÚs large majorité composé de CO2, issu de la combustion intense. Comme autres produits de combustion, du CO est mesuré (en quantité 30 fois inférieure) et du NO est détecté en quantités relativement faibles mais significatives. D?autres gaz et COV plus spécifiques sont détectés, on pourra citer le méthane (CH4), le fluorure d?hydrogÚne (HF), le dihydrogÚne (H2), le dioxyde de soufre (SO2) ainsi que des traces de benzÚne (C6H6), de propane (C3H8) et parfois de chlorure d?hydrogÚne (HCl). Le mélange gazeux observé n?est pas inflammable contrairement à ce qui est parfois le cas avec du Li- ion. Ici, en l?absence d?électrolyte liquide à faible point d?ébullition, un régime de réaction fumigÚne sans feu violent parait impossible. L?aspersion d?eau modifie cependant sensiblement ce mélange gazeux. En effet, s?il reste trÚs largement composé de CO2, les teneurs en certains gaz inflammables et/ou toxiques (CO, H2, CH4) augmentent sensiblement. Certains gaz ne sont plus détectés (HF, SO2) tandis que de la phosphine (PH3) a été détectée pour la premiÚre fois dans ces conditions. L?extinction à l?eau peut expliquer la formation de ces gaz inflammables et/ou pyrophoriques. Ces essais ont aussi été l?occasion d?évaluer les émissions particulaires émises dans les fumées et à proximité des batteries. - Dans les fumées, le flux de particules est estimé de 6.1014 particules/s, au pic de réaction d?un module. Ces particules ont un diamÚtre "médian" compris entre 81 nm et 190 nm selon les essais. Beaucoup de ces particules sont d?origines organiques (goudron, suies, ?) et une analyse élémentaire des prélÚvements sur filtres permet de démontrer un enrichissement marqué en lithium, en phosphore et en fluor ainsi que, dans une moindre mesure, en soufre, fer et aluminium. Une pseudo quantification trÚs approximative permet de donner les ordres de grandeur d?émission de ~290 g de lithium, ~230 g de phosphore et ~60 g de soufre par module. - A proximité de l?échantillon, les meilleurs traceurs des émissions sont, de loin, le lithium et le fluor. Des traceurs organiques de type PCB et PCDD/F peuvent être identifiés On pourra retenir les PCB 126 et, dans une moindre mesure 157 et 169 et le 2,3,7,8 TCDF. Les analyses révÚlent également l?absence de HAP. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 185 sur 200 ? D'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique Lors de cette campagne, des essais ont été réalisés visant à évaluer l?efficacité et les conséquences d?une extinction à l?eau d?un feu naissant (deux ou trois modules en emballement). Nous concluons que le sprinklage a permis de ralentir la propagation entre caisses superposées sans toutefois l?empêcher. Le sprinklage a aussi pu avoir un impact positif sur la propagation horizontale au sein d?une même caisse puisqu?il a permis d?arrêter la propagation entre modules au sein de la caisse. Les essais réalisés ne permettent pas de conclure formellement sur la possibilité de propagation vers une caisse située au- dessous de la caisse en emballement mais les coulées de métal en fusion restant plusieurs dizaines de minutes à plus de 1000 °C laissent penser qu?une propagation rapide aura lieu. L?extinction à eau, semble donc pouvoir être recommandée sur ce type de feu. Même s?il est clair que cela ne permettra pas d?éteindre un module en cours de réaction, si elle intervient dans les premiers instants, qu?elle est correctement dimensionnée et que les caisses sont disposées dans une configuration propice (empilement par deux comme ici testé par exemple), elle peut permettre de limiter la propagation de l?incendie. Si elle intervient dans un délai plus long, l?arrêt de la propagation ne peut pas être garantie par les essais réalisés mais elle sera vraisemblablement bénéfique en ralentissant la propagation, diminuant le débit calorifique et refroidissant les alentours. Il y a cependant des contreparties à prendre en compte : la projection de métal en fusion ; la production de gaz toxiques et inflammable (CO, H2, ?). Aussi une fois la phase intense de l?incendie terminée il faut limiter les apports d?eau car ceux-ci contribuent à entretenir la réaction des résidus de combustion des batteries qui sont hydro réactifs et émettent des gaz toxiques et inflammables. Aussi, il est recommandé de retenir les eaux d?extinction qui sont contaminées. ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisés dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage) Ces conclusions, transposées à des conditions de stockage en entrepÃŽt montrent que les distances d?effets associées à l?incendie d?un tel entrepÃŽt atteindraient des valeurs jusqu?à 5 fois celles observées sur des entrepÃŽts de produits courants. Elles montrent également que la tenue mécanique des murs REI120 serait compromise en cas de stockage de palettes à proximité du mur (quelques mÚtres) au regard des températures atteintes (de l?ordre de 1400 °C). Le débit calorifique de l?incendie atteindrait des valeurs trÚs importantes (plusieurs dizaines de GW pour des durées d?incendie limitées (possiblement inférieure à 1 h). ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants Afin de préciser si les moyens de protection utilisés dans les derniÚres heures d'extinction permettent de protéger convenablement les intervenants et aprÚs des observations préliminaires de réactivité des résidus d?essais, des essais de détermination de l?hydro réactivité, suivant l?épreuve N.5 du Manuel d?épreuves et de critÚres de l?ONU (ST/SG/AC.10/11/Rev.8) ont été réalisés sur le résidu de combustion de batteries prélevé « Tel Quel » et permettent de conclure que : ? Un fort dégagement gazeux a été observé systématiquement pour chaque phase de l?épreuve dans les conditions d?essais, et une inflammation immédiate et vive des gaz générés a été mise en évidence lors des tentatives d?inflammation à l?aide d?une flamme produite par un brûleur à gaz (à distance d?environ 30 cm minimum) ; ? Des débits de gaz allant jusqu?à environ 576 L/h.kg en débit maximal sur 1 h ont été mesurés ; ? Le résidu de combustion est donc considéré comme étant hydro réactif. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 186 sur 200 Cette réactivité conduisant à des émissions de chaleur et de gaz toxique/inflammable/pyrophorique que sont l?acétylÚne (C2H2), la phosphine (PH3) et probablement le dihydrogÚne (H2). Cette réactivité est expliquée par la présence de Li3P, de Li2C2 et de lithium métal dans les résidus. Ceci rend, dans les derniers moments de l?extinction, et plus généralement la gestion post accidentelle complexe et nécessitant une protection adéquate de intervenants. Enfin cette étude connait certaines limitations et d?autres études pourraient être nécessaires afin de mieux définir les conditions de stockages optimales de ces modules. L?ensemble des modules testés étaient complÚtement chargés (SOC 100 %) or il est reconnu qu?une réduction de l?état de charge permet de diminuer la réactivité des batteries Li-ion, l?influence de l?état de charge pour des batteries Li-métal reste à déterminer. Les essais de cette campagne ont eu lieu à température ambiante. Etudier l?effet d?une réduction de température sur la possibilité de ces modules à réagir et sur les possibilités de propager revêt un intérêt, d?autant plus que des dérogations au transport pour des modules endommagés ont été émises sous cette condition. Nous noterons aussi la possibilité d?extrapolation de certains de ces résultats à d?autres batteries contenant du Li-métal à l?anode, ce qui semble être l?option favorisée par les constructeurs automobiles dans leurs feuilles de route à l?horizon 2035, particuliÚrement dans le cas des batteries dites tout solides. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 187 sur 200 18 Annexes Liste des annexes : - Annexe 1 : Courriel de demande du BEA-RI ? 1 page ; - Annexe 2 : Méthodes expérimentale ? 6 pages ; - Annexe 3 : Protocole de chauffe rapide localisée ? 3 pages ; - Annexe 4 : Méthode de mesure du débit calorifique et de la chaleur de combustion ? 2 pages. Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 188 sur 200 Annexe 1 : Courriel de demande du BEA-RI ? 1 page Mission conjointe BEA-RI - INERIS Le BEA-RI a décidé le 17/01/2023 d?ouvrir une enquête sur l?évÚnement survenu le 16/01/2023 au sein de l?entreprise SAS HIGHWAY France Logistics située à Grand-Couronne (76). Deux enquêteurs du BEA-RI se sont rendus sur site. Selon les premiers éléments de l'enquête, l'incendie qui s'est produit semble avoir mis en cause des modules de batteries de type LMP. Dans la continuité des constats dressés lors de cette visite, nous souhaiterions mobiliser l?expertise de l'INERIS, dans le cadre de sa coopération avec le BEA-RI, pour évaluer le rÃŽle qu'aurait joué ces modules dans l'occurrence et le développement de l'incendie. En pratique, il est demandé à l'INERIS de réaliser des essais sur des modules ou sur des cellules électrochimiques en vue : ? De déterminer, en simulant différents modes d'agression, si des modes de défaillance de modules dit à température ambiante peuvent être à l'origine d'un emballement thermique ; ? D'étudier les mécanismes de propagations de l'incendie en tenant compte du mode de stockage utilisé dans l'entrepÃŽt et d'évaluer le rÃŽle du systÚme d'extinction automatique. ? D'établir sur la base des mesures et des observations réalisées à l'occasion des essais si les modules de batteries peuvent être à l'origine des explosions et des projections constatées lors de l'incendie ? D'évaluer, au besoin par comparaison avec d'autres types de feu connus et documentés, l'efficacité des dispositifs de protection incendie communément utilisé dans le domaine de la logistique (mur REI, dispositif de désenfumage); ? D'évaluer la dangerosité des substances émises, le cas échéant, en les comparant aux substances émises par des feux plus communément rencontrés et déjà documentés ; ? De préciser au regard des résultats obtenus en matiÚre d'analyse si les moyens de protection utilisés en phase accidentelle (y compris dans les derniÚres heures d'extinction) permettent de protéger convenablement les intervenants. Ces essais seront réalisés à partir d'éléments qui auront été récupérés par le BEA-RI auprÚs de l'industriel. Nous souhaiterions pouvoir disposer de vos conclusions au travers d?un rapport (au format pdf) selon un calendrier qui sera défini entre vos équipes et les enquêteurs en charge de l?affaire. Fait à la Défense, le 22/05/2024 Laurent Olivé Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 189 sur 200 Annexe 2 : Méthodes expérimentales ? 6 pages Static crush Y Static crush Z Essai le 11/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2- 20151 ±100 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2- 20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure Flux radiatif Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement flux HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Essai le 23/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2-20151 ±100 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2-20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure Flux radiatif Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement flux HBM MX840 9E5001C9B M-A2-20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 190 sur 200 Nail Chauffe localisée module Chauffe localisée cellule Essai le 27/10/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Capteur force presse HBM U10M 500 kN 0,50% 10/01/2022 Enregistrement force HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Capteur de position presse MTS Temposonics GP 1000 mm 0,50% 10/01/2022 Enregistrement position HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±10 V 0,10% 03/02/2023 Mesure et enregistrement tension HBM MX403B 9E500AFF1 M-A2- 20151 ±10 V ±0,1% 01/08/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM MX1609 9E500154E M-A2- 20017 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Essai le 29/11/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±100 V ±0,2% 10/01/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC Hioki LR8532 230108389 M-A2- 21896 0/+1350°C ±1 °C 10/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1,4) Enregistrement température Pyro Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Essai le 16/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température HBM M1609KB 9E5001426 M- A2-20019 -100/+1300°C ±0,72 °C 08/04/2024 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 191 sur 200 Flux radiatif Feu caisse Essai le 23/11/2023 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±100 V ±0,2% 10/01/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 660°C 10% 28/11/2022 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA Enregistrement température TC Hioki LR8532 230108389 M-A2- 21896 0/+1350°C ±1 °C 10/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux Hioki LR8532 230108388 M-A2- 21897 ±10 V ±0,2% 10/01/2023 Essai le 22/03/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 1) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 192 sur 200 Propagation Feu caisse + sprinklage Essai le 07/03/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 M1609KB 9E5001426 M- A2-20019 M1609KB 9E500F127 M- A2-20161 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 31/01/2023 31/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Essai le 16/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 09/04/2024 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 -100/+1300°C ±0,72 °C 09/04/2024 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 09/04/2024 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 193 sur 200 Propagation + sprinklage Note 1 : L'incertitude sur la valeur de température vient plutÃŽt de la méconnaissance de l'émittance qui dans cette étude a été fixée à 0,95. L'émittance théorique maximale étant de 1, les valeurs données dans l'étude sont vraisemblablement minorantes. On estime ainsi une précision de la mesure de l'ordre de 10 %. Note 2 : Acheté conforme, classe 1 utilisée pour 1 seul essai. Note 3 : Livré calibré, utilisé moins de 1 an ou dÚs qu'exposé à un flux trop élevé (valeur crÚte dépassée). Note 4 : L'incertitude des valeurs relevées par le pyromÚtre est de 0,5 % + 1 K. Note 5 : ContrÃŽle avec une masse étalon de 20 kg. Utilisée pour estimer la perte de masse et non pas la masse de l'échantillon. Pour l?ensemble des essais : - Analyse de gaz en continu : Le prélÚvement est fait selon les rÚgles de l?art et compatible avec la norme ISO 19702, incluant notamment une température de 180°C pour la ligne de prélÚvement (filtration et ligne de transfert). D'aprÚs notre expérience, la répétabilité des mesures de gaz, en tenant compte de l'échantillonnage et de l'analyse pour ce type de mesure, est de l'ordre de 5 à 15 % selon le gaz. Pour le HF et certains carbonates, malgré les précautions prises pour limiter la perte de signal, en raison de sa forte réactivité, une partie du signal peut être perdue dans la ligne d'échantillonnage et le filtre, ce qui peut entraîner une sous-estimation supplémentaire. o FTIR Nicolet IS50, cellule chemin optique 2 m, volume 200 ml. Gamme spectrale 650-4200cm-1, l?analyse se fait aussi à cette température. Etalonnage de chaque gaz sur un minimum de 5 points sur la gamme d?analyse. Pour les gaz n?ayant pas une réponse linéaire, le nombre de points peut être conséquent (jusqu?à 40 valeurs par ex) pour ne pas rajouter d?erreur de linéarisation pendant l?étalonnage. Les différentes concentrations d?étalonnage sont produites par dilution d?un mélange gazeux étalon ou par génération de vapeurs via une valise de calibration (cas des substances liquides à température ambiante). Essai le 04/04/2024 Equipement Fournisseur type / ref gamme de mesure précision de la mesure Etalonnage Mesure et enregistrement tension HBM MX840 9E5001C9B M-A2- 20014 ±100 V ±0,1% 03/02/2023 Température caméra IR FLIR A655sc 55008205 300-2000°C 10% 22/12/2023 (note 1) Mesure température Correge Thermocouples type K conforme classe 1 -200-1100°C 1,5°C NA (note 2) Enregistrement température TC HBM M1609KB 9E5013096 M- A2-20173 M1609KB 9E500F127 M- A2-20161 -100/+1300°C ±0,72 °C 03/02/2023 31/01/2023 Mesure température Pyro Pyrospot DGR 10N 400-1600°C 10% non étaloné (note 1, 4) Enregistrement température Pyro HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Mesure des flux radiatifs Captec Capteur flux radiatif 50x50 25 kW/m² continue 50 kW/m2 crête 5% NA (note 3) Enregistrement des flux HBM MX1601B 9E50061F1 M- A2-20145 ±10 V ±0,2% 31/01/2023 Masse NC NC 5T ±5% Avant chaque essai (note 5) Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 194 sur 200 o O2 : Analyseur Servomex avec cellule paramagnétique ? modÚle Xentra 4100. o CO/CO2 : Analyse par technique NDIR ? Siemens Ultramat23 et Servomex Xentra 4100. o HCT : Analyseur par technique FID (flame ionisation detector) de marque JUM modÚle 3-800. o H2 : SpectromÚtre de masse INFICON modÚle LDS3000. L?ensemble de ces analyseurs (hormis le FTIR) est contrÃŽlé à l?aide de mélange gazeux étalons avant chaque essai. (CO/CO2/O2, H2 et propane (analyseur FID). Une redondance entre la mesure de CO et CO2 entre les analyseurs et le FTIR permet également un contrÃŽle de la cohérence des mesures. - Calorimétrie OC et CGD : En plus des 5 à 10 % d?erreurs sur la mesure des gaz (O2, CO2, CO), sur ce type d'incendie et à cette échelle, notre estimation de la précision du taux de dégagement de chaleur prévisible se situe entre 15 % et 20 %20. O. Willstrand et al. estiment quant à eux une incertitude inférieure à 10 % pour des batteries Li-ion21 et précisent que l?erreur va dans le sens de la sous-estimation. Ces valeurs sont cohérentes avec des techniques similaires de calorimétrie de feu, où la charge de feu est en grande partie inconnue ou variable dans le temps22. Outre cette précision intrinsÚque, dans le cas d'un incendie de batterie, la perte de chaleur due à un processus électrique (chauffage par effet joule) ou chimique (décomposition exothermique du sel et d'autres composants inorganiques) ne peut pas être prise en compte dans le calcul et peut représenter jusqu'à 1/3 de l'énergie thermique totale libérée en supplément23. Il est vrai que le cas des feux de métaux est particulier mais, le Li-métal représente moins de 10 % de la masse d?un module, l?impact sur la mesure globale reste limité et aucune méthode de calorimétrie exploitable à grande échelle ne permet, à notre connaissance, de prendre en compte la contribution du feu de métal au dégagement d?énergie. Le choix de préférer d?exploiter les résultats obtenus par la méthode OC par rapport à CDG est justifié par la moindre variation de coefficients selon le combustible et par le fait que la combustion du Li n?émet pas de carbone mais consomme de l?oxygÚne. Willstrand et al. abondent dans ce sens dans ?Fire safety journal? en 2024 : « Les variations relativement faibles du dégagement de chaleur par unité de masse d'oxygÚne consommée pour différents combustibles rendent cette méthode largement acceptée pour les mesures du HRR lors d'essais au feu. Une méthode similaire, la calorimétrie de génération de dioxyde de carbone (CDG), est basée sur la production de CO2 au lieu de la consommation d'O2. Cependant, le dégagement de chaleur par unité de masse de CO2 produit varie comparativement plus entre les différents combustibles ». - - Pour les eaux d?extinction, gaz et les particules en discontinu : sauf exception, ces mesures ne sont pas utilisées en quantitatif mais en qualitatif et comme identification de traceurs. Les LQ sont précisées dans le rapport. 1. S. Brohez C. Delvosalle G. Marlair A. Tewarson in Proceedings of the 13th International Congress of Chemical and Process Engineering (2nd Symposium on Environmental and Safety Engineering, CHISA 98), Paper. 12 (Citeseer). 2. Ola Willstrand, Mohit Pushp, Haukur Ingason, Daniel Brandell ; Uncertainties in the use of oxygen consumption calorimetry for heat release measurements in lithium-ion battery fires, Fire Safety Journal, 2024 3. R. Bryant, M. Bundy, the NIST 20 MW Calorimetry Measurement System for Large-fire Research (NIST Technical Note TN 2077) National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD (2019) 4. R.E. Lyon, R.N. Walters Energetics of lithium ion battery failure J. Hazard. Mater., 318 (2016), pp. 164- 172, 10.1016/j.jhazmat.2016.06.047 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 195 sur 200 Annexe 3 : Protocole de chauffe rapide localisée ? 3 pages Extraits de la série 05 du R100, adoptée en GRSP en décembre 2024 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 196 sur 200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 197 sur 200 Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 198 sur 200 Annexe 4 : Méthode de mesure du débit calorifique et de la chaleur de combustion ? 2 pages Il est d'usage depuis le début des années 80 de mesurer le débit calorifique des incendies (ou puissance thermique dégagée, ou HRR en anglais pour heat release rate) par des méthodes dites de calorimétrie incendie, basées sur les bilans matiÚres effectués sur les gaz émis en s'appuyant sur les lois de la thermochimie qui permettent de relier l'énergie théorique dissipée et la consommation ou production d'espÚces chimiques associées à une combustion : a) calorimétrie basée sur la consommation d'oxygÚne, méthode dite OC (Oxygen consumption) : il a été démontré (principe de Thornton) que pour la plupart des matiÚres combustibles carbonées, la consommation d'1 kg d'O2 correspond à la production de 13,1 MJ d'énergie : ce facteur calorimétrique est un coefficient moyen, et en pratique on tient compte des pertes liées aux émissions de composés imbrûlés (CO notamment) et d'autres facteurs de correction ; b) le principe CDG (Carbon dioxyde production) permet de relier cette même grandeur (HRR) aux débits de production d'oxydes de carbone (CO + CO2). Ces méthodes permettent de s'affranchir des contraintes liées à l'établissement d'un bilan thermique conventionnel (mesures des différentes pertes par convection, conduction et rayonnement), quasiment impossible en pratique à appliquer dans un essai feu. Les études publiées sur le niveau de précision de ces méthodes alternatives fait valoir des précisions variables allant de +/-5% pour des feux "simples" (ex. feu de nappe de solvant) menés sur appareillages de laboratoire (calorimÚtre de Tewarson, échelle 10 à 100 g) à des précisions de l'ordre de 15/18 % sur des feux complexes, tridimensionnels (cas présent) ou des expérimentations à grande échelle (échelle de 10 kg à 1000 kg). La détermination du débit calorifique (HRR) ne préjuge donc pas du mode de transfert thermique de la chaleur dégagée par unité de temps ; les pertes par conduction sont généralement négligeables dans les scénarios pris en compte en ingénierie du feu. Dans le cadre de l?essai réalisé, le HRR a été calculé en utilisant la méthode b), suivant le principe CDG selon l?équation (1) suivante : (éq. 1) Avec : CDG q? : débit calorifique ou heat release rate (kW ou kW/m2), 2 0 COm? : débit massique de production de CO2 initial (g/s), 2COm? : débit massique de production de CO2 au cours de la combustion (g/s), : débit massique de production de CO au cours de la combustion (g/s), 2COE : quantité d?énergie libérée par unité de masse de CO2 générée = 13,3±11% kJ/g de CO224, : quantité d?énergie libérée par unité de masse de CO générée = 11,1±18% kJ/g de CO. 24 Biteau, H., et al., Calculation Methods for the Heat Release Rate of Materials of Unknown Composition. Fire Safety Science, 2008. 9: p. 1165-1176. ? ?2 2 2 0 CDG CO CO CO CO COq E m m E m eq? ? ?? ? ? ? ????? COE Ineris - 219921 - 2791447 - v2.0 Page 199 sur 200 La chaleur de combustion généralement exprimée en MJ/kg ou kJ/g est la quantité de chaleur produite durant la phase de combustion. Elle est calculée par l?intégration de l?aire sous la courbe HRR ; la chaleur de combustion totale dissipée est alors déterminée. En revanche, une limitation de la technique utilisée est le fait que l?énergie électrique stockée libérée pendant l?essai n?est pas directement accessible par la calorimétrie incendie, car non liée à des réactions thermochimiques (effet Joule). 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 P a g e 62 | 62 Bureau d?enquêtes et d?Analyses sur les Risques Industriels MTE / IGEDD / BEA-RI Tour Séquoïa 92055 La Défense Cedex +33 1 40 81 21 22 bea-ri.igedd@developpement-durable.gouv.fr https://www.igedd.developpement- durable.gouv.fr/bea-ri-r549.html INVALIDE)