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5° LE COMBUSTIBLE. (Le gaz)
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5° LE COMBUSTIBLE. (Le gaz)
Le gaz
La survenance d'un feu de gaz dépend des caractéristiques physiques du gaz et des caractéristiques de combustion du mélange gazeux. Ces dernières sont conventionnelles et dépendent grandement des appareils et conditions d'essai.
Un gaz présente généralement un danger lors de conditions de fonctionnement anormales des installations et, particulièrement lors d'une fuite dans l'air ambiant quand il peut former un mélange gazeux. La fuite se dirigera-t-elle vers le bas (cas du propane) ou vers le haut (cas du gaz naturel, de l'hydrogène). Il faudra donc connaître la densité du gaz par rapport à l'air. Quelques valeurs à la température ambiante et à la pression atmosphérique: CO: 0,97; CO2: 1,5; C4H10: 2; C3H8: 1,6, CH4: 0,6). Une caractéristique du mélange gazeux est la vitesse de diffusion du gaz dans l'air c'est-à-dire la vitesse avec laquelle le mélange gazeux se réalise. Une fuite de propane peut se propager le long du sol environnant sur de grandes distances parce qu'il lui faut un temps relativement long pour que le propane se mélange à l'air. Par contre l'hydrogène se mélangera plus rapidement à l'air. La vitesse de diffusion d'un gaz dans l'air est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse moléculaire du gaz. Voici déjà deux éléments qui pourront caractériser la formation d'un mélange gazeux car ce sera ce mélange qui pourra s'enflammer et non le gaz à l'état pur.
Parmi les caractéristiques de combustion, on notera le pouvoir calorifique du gaz et plus particulièrement son pouvoir calorifique inférieur, l'eau de réaction restant à l'état de vapeur. Il s'exprime en MJ/m3. Le pouvoir comburant est défini par la quantité d'air nécessaire à la combustion. Par exemple la combustion de 1 m3 de gaz naturel requiert 8 m3 d'air.
Les limites d'inflammation d'un mélange gazeux permettent de déterminer les concentrations de gaz qui, dans des mélanges gazeux, peuvent être enflammés avec ou sans présence d'une flamme pilote. Les valeurs qu'on trouvera dans la littérature différeront donc d'un ouvrage à l'autre selon les appareils et les conditions d'essai utilisés. Ces limites augmentent avec la température et la pression du mélange. Les limites d'inflammation ou limites d'inflammabilité peuvent, par exemple, s'exprimer en % en volume, en g/m3 d'air ou en mg/litre d'air. En prévention incendie, c'est la limite inférieure d'inflammabilité qui est la plus importante.
Dans le cas où le gaz est un n-alkane (formule générale Cn H2n+2) tels que le méthane, propane, butane…la limite inférieure d'inflammabilité est pratiquement constante à une valeur de 40 à 50 g/m3 ou 37 à 45 mg/l tandis que la limite supérieure augmente sensiblement de 130 g/m3 pour n=1 (méthane) à 380 g/m3 pour n=10 (décane). La limite inférieure d'un mélange gazeux peut être déterminée par le calcul. Par exemple, la limite inférieure d'inflamabilité d'un mélange gazeux, en volume, de 50% de propane (limite inférieure = 2,1 % en volume) + 40 % de n-butane (limite inférieure = 1,8 % en volume + 10 % d'éthane (limite inférieure = 3% en volume vaut:
Lorsque la température atteint une valeur critique le mélange gazeux peut s'enflammer sans présence de flamme pilote. Cette température est appelée température d'auto-inflammation ou point de combustion spontanée. C'est la température à laquelle l'intérieur d'un réservoir conventionnel, contenant le mélange gazeux, doit être porté pour que ce mélange s'enflamme endéans les quelques minutes. On constate immédiatement que cette valeur est très conventionnelle et dépend de la forme du réservoir, du gradient de température auquel le réservoir est soumis ainsi que la durée d'exposition.
Nous avons vu que l'apport calorifique pouvait également être fourni par une source d'énergie au lieu d'une augmentation de température ambiante. Dans le cas des mélanges gazeux cette énergie d'inflammation est très faible. Par exemple pour enflammer un mélange propane-air, il suffit d'une étincelle de 0,25 mJ. Pour un mélange propane-oxygène, 0,001 mJ suffisent. L'augmentation de fréquence de répétition de ces apports énergétiques sous forme d'étincelle favorises également l'inflammation.
La figure ci-dessus montre que cette énergie est minimale pour une concentration située à mi-chemin entre les deux limites d'inflammation LSI et LII du mélange. Elle dépend également de la concentration d'oxygène dans l'air.
Les mesures de prévention associées à l'usage de gaz inflammables seront caractérisées par l'évitement de fuites, une ventilation qui évite que le mélange gazeux reste dans ses limites d'inflammabilité et la non présence de sources d'inflammation.
La survenance d'un feu de gaz dépend des caractéristiques physiques du gaz et des caractéristiques de combustion du mélange gazeux. Ces dernières sont conventionnelles et dépendent grandement des appareils et conditions d'essai.
Un gaz présente généralement un danger lors de conditions de fonctionnement anormales des installations et, particulièrement lors d'une fuite dans l'air ambiant quand il peut former un mélange gazeux. La fuite se dirigera-t-elle vers le bas (cas du propane) ou vers le haut (cas du gaz naturel, de l'hydrogène). Il faudra donc connaître la densité du gaz par rapport à l'air. Quelques valeurs à la température ambiante et à la pression atmosphérique: CO: 0,97; CO2: 1,5; C4H10: 2; C3H8: 1,6, CH4: 0,6). Une caractéristique du mélange gazeux est la vitesse de diffusion du gaz dans l'air c'est-à-dire la vitesse avec laquelle le mélange gazeux se réalise. Une fuite de propane peut se propager le long du sol environnant sur de grandes distances parce qu'il lui faut un temps relativement long pour que le propane se mélange à l'air. Par contre l'hydrogène se mélangera plus rapidement à l'air. La vitesse de diffusion d'un gaz dans l'air est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse moléculaire du gaz. Voici déjà deux éléments qui pourront caractériser la formation d'un mélange gazeux car ce sera ce mélange qui pourra s'enflammer et non le gaz à l'état pur.
Parmi les caractéristiques de combustion, on notera le pouvoir calorifique du gaz et plus particulièrement son pouvoir calorifique inférieur, l'eau de réaction restant à l'état de vapeur. Il s'exprime en MJ/m3. Le pouvoir comburant est défini par la quantité d'air nécessaire à la combustion. Par exemple la combustion de 1 m3 de gaz naturel requiert 8 m3 d'air.
Les limites d'inflammation d'un mélange gazeux permettent de déterminer les concentrations de gaz qui, dans des mélanges gazeux, peuvent être enflammés avec ou sans présence d'une flamme pilote. Les valeurs qu'on trouvera dans la littérature différeront donc d'un ouvrage à l'autre selon les appareils et les conditions d'essai utilisés. Ces limites augmentent avec la température et la pression du mélange. Les limites d'inflammation ou limites d'inflammabilité peuvent, par exemple, s'exprimer en % en volume, en g/m3 d'air ou en mg/litre d'air. En prévention incendie, c'est la limite inférieure d'inflammabilité qui est la plus importante.
Dans le cas où le gaz est un n-alkane (formule générale Cn H2n+2) tels que le méthane, propane, butane…la limite inférieure d'inflammabilité est pratiquement constante à une valeur de 40 à 50 g/m3 ou 37 à 45 mg/l tandis que la limite supérieure augmente sensiblement de 130 g/m3 pour n=1 (méthane) à 380 g/m3 pour n=10 (décane). La limite inférieure d'un mélange gazeux peut être déterminée par le calcul. Par exemple, la limite inférieure d'inflamabilité d'un mélange gazeux, en volume, de 50% de propane (limite inférieure = 2,1 % en volume) + 40 % de n-butane (limite inférieure = 1,8 % en volume + 10 % d'éthane (limite inférieure = 3% en volume vaut:
Lorsque la température atteint une valeur critique le mélange gazeux peut s'enflammer sans présence de flamme pilote. Cette température est appelée température d'auto-inflammation ou point de combustion spontanée. C'est la température à laquelle l'intérieur d'un réservoir conventionnel, contenant le mélange gazeux, doit être porté pour que ce mélange s'enflamme endéans les quelques minutes. On constate immédiatement que cette valeur est très conventionnelle et dépend de la forme du réservoir, du gradient de température auquel le réservoir est soumis ainsi que la durée d'exposition.
Nous avons vu que l'apport calorifique pouvait également être fourni par une source d'énergie au lieu d'une augmentation de température ambiante. Dans le cas des mélanges gazeux cette énergie d'inflammation est très faible. Par exemple pour enflammer un mélange propane-air, il suffit d'une étincelle de 0,25 mJ. Pour un mélange propane-oxygène, 0,001 mJ suffisent. L'augmentation de fréquence de répétition de ces apports énergétiques sous forme d'étincelle favorises également l'inflammation.
La figure ci-dessus montre que cette énergie est minimale pour une concentration située à mi-chemin entre les deux limites d'inflammation LSI et LII du mélange. Elle dépend également de la concentration d'oxygène dans l'air.
Les mesures de prévention associées à l'usage de gaz inflammables seront caractérisées par l'évitement de fuites, une ventilation qui évite que le mélange gazeux reste dans ses limites d'inflammabilité et la non présence de sources d'inflammation.
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