La dynamique des explosions de poussières

Habituellement, les explosions dans des environnements civils, comme les habitations, ou industriels, comme les usines, sont dues à des fuites de gaz.

Cependant, il existe également des explosions causées par la présence de poussières potentiellement explosives, telles que la farine, le sucre, ou même des poudres métalliques.

Alors que dans le cas des gaz la situation est assez intuitive, c’est-à-dire que pour qu’une explosion se produise, les trois éléments représentés dans le triangle du feu sont nécessaires, dans le cas des poussières, l’explosion nécessite des conditions différentes.

En ce qui concerne la poussière, sa présence se trouve généralement à l’intérieur du système de confinement, comme les systèmes d’aspiration.

Autrement dit, lorsqu’il y a production de poussière dans un environnement de travail, il y a souvent des systèmes d’aspiration qui rendent l’environnement compatible avec la présence humaine. Un système d’aspiration se compose de :

• Un aspirateur
• Un filtre
• Des conduits qui atteignent les endroits où la poussière est générée ou doit être aspirée (par exemple des hottes d’extraction).

Dans un tel système d’aspiration, il arrive souvent que la concentration de poussière soit supérieure à la MEC (ou concentration minimale explosible), rendant l’atmosphère potentiellement explosive.

Si une source d’inflammation se produit, une explosion primaire se déclenche alors. Ainsi, l’explosion primaire survient normalement à l’intérieur du système d’aspiration ou, plus généralement, d’une machine, telle qu’une vis sans fin ou un élévateur à godets, et peut rester confinée dans le système de confinement.

Dans le cas où cette explosion s’échappe à cause d’une défaillance du système de confinement, une onde de pression se forme qui peut disperser la poussière potentiellement inflammable présente dans l’environnement et déposée sur les surfaces. Cela provoque une série répétée d’explosions secondaires, alimentées par les flammes de l’explosion primaire ou toute autre source d’inflammation présente.

Ce phénomène décrit a été la cause de nombreux accidents au cours des dernières décennies, notamment dans les établissements alimentaires, qui doivent gérer des poussières de taille micronique extrêmement dangereuses. Il suffit de rappeler le cas de la sucrerie de Port Wentworth en Géorgie.

L’accident a été causé par l’explosion de poussière de sucre accumulée dans les espaces creux du système de distribution, générant une explosion qui s’est propagée à travers l’usine en quelques secondes grâce à la puissance explosive de la poussière présente.

Lorsqu’on parle d’explosions, il est important de ne pas confondre et surtout de faire des distinctions basées sur leur comportement. C’est pourquoi on différencie la détonation de la déflagration.

Déflagration : c’est un type d’explosion caractérisé par une combustion rapide qui se propage à une vitesse subsonique ; ce phénomène est souvent associé à la combustion de mélanges de gaz ou de poussières. Plus précisément, ce phénomène se produit lorsqu’une réaction chimique, qui dans le cas considéré est une combustion, se propage par transfert de chaleur et par la réaction chimique se produisant dans le front de flamme. Ce front de flamme, en s’étendant, pousse les matériaux environnants, créant une onde de pression qui se propage dans le milieu à une vitesse inférieure à la vitesse du son.

Détonation : c’est un type d’explosion, ou plus précisément une réaction chimique explosive. Elle se produit par la propagation du front de flamme à une vitesse supersonique, c’est-à-dire supérieure à la vitesse du son, avec une formation éventuelle d’une onde de choc. Il existe des différences au niveau physico-chimiques qui la distinguent de la déflagration. Selon la vitesse en aval du front de flamme, on distingue trois types de détonations :

• Détonation forte (vitesse subsonique en aval)
• Détonation faible (vitesse supersonique en aval)
• Détonation de Chapman-Jouguet (vitesse sonique en aval)

Pour qu’un environnement potentiellement explosif se crée, contrairement aux gaz, les trois éléments de base pour une explosion ne suffisent pas, à savoir :

• combustible
• oxydant
• source d’ignition

mais il est important que la poussière soit dispersée dans l’air pour former un nuage ; il faut donc quatre éléments qui, graphiquement, se placent aux sommets d’un carré :

• combustible (poussière)
• oxydant (l’oxygène dans l’air)
• dispersion
• source d’ignition

Cet ensemble d’éléments crée les conditions idéales pour la manifestation du phénomène de feu éclair.

Feu éclair : un phénomène consistant en un feu rapide et étendu d’un nuage de poussières inflammables, soufflé à l’air libre.