Étiquette : Gestion des risques industriels

Sommaire

1. Introduction
2. Risque d’incendie
3. Risque de décomposition
4. Décomposition auto-entretenue
5. Risque d’explosion et de détonation
6. Risque de détonation
7. Risques postérieurs à la production

Introduction

Le nitrate d’ammonium est un puissant comburant.

Dans certaines conditions — confinement, par exemple dans un volume clos, pression élevée ou contamination — il peut exploser. Dans la plupart des pays, le nitrate d’ammonium (NA) est généralement considéré comme ne présentant aucun danger inacceptable lorsque le produit satisfait aux spécifications requises. Le nitrate d’ammonium de qualité fertilisante, lorsqu’il n’est pas contaminé, ne peut pas exploser sous le seul effet d’un choc, de la chaleur ou d’un incendie.

Toutefois, l’explosivité du nitrate d’ammonium dépend notamment des substances auxquelles il est mélangé et de la quantité de matières carbonées présentes. Par conséquent, certains pays interdisent ou limitent la production, le stockage et/ou l’utilisation du nitrate d’ammonium pur. Dans la majorité des pays, les spécifications détaillées du produit sont réglementées par la loi, afin de garantir la sécurité de sa manutention, de son transport et de son utilisation.

Dans des conditions normales, tous les engrais à base de nitrate d’ammonium sont des matériaux stables qui, par eux-mêmes, ne présentent aucun risque. Dans des conditions anormales, ils peuvent toutefois engendrer certains dangers, dont les principaux sont l’intensification d’un incendie, la décomposition thermique — accompagnée d’un dégagement de fumées toxiques — et, dans des conditions extrêmes, l’explosion.

Le développement de traitements anti-mottants sûrs et de procédés de prilling ou de granulation, associé à des recommandations plus claires concernant les pratiques de sécurité, a favorisé la production à grande échelle de nitrate d’ammonium de haute densité, sous forme de prills ou de granulés destinés à être utilisés comme engrais azoté. Ce produit présente une forte résistance à la détonation.

Risque d’incendie

Les engrais à base de nitrate d’ammonium ne sont pas combustibles.

Bien que tous les engrais à base de nitrate d’ammonium ne soient pas classés comme comburants, ils présentent tous un caractère oxydant. Par conséquent, le risque d’incendie dépend de la présence de matières combustibles courantes, telles que les composants des équipements de manutention, les carburants, les lubrifiants et les fluides hydrauliques qui y sont utilisés, ainsi que les matériaux stockés ou employés dans la construction du bâtiment de stockage ou de ses compartiments. L’expérience montre que les incendies prennent naissance dans les matières combustibles entreposées à proximité de l’engrais ou dans les équipements associés, tels que les camions ou les convoyeurs à bande.

Lorsqu’un incendie implique un engrais conditionné en sacs, ceux-ci peuvent fondre et se rompre, mais leur influence sur l’incendie reste généralement négligeable. Le polyéthylène et les matériaux d’emballage similaires ne propagent pas la combustion, mais ils peuvent être oxydés par l’engrais chaud ou fondu. L’engrais chaud déversé peut provoquer la combustion lente ou l’inflammation des palettes en bois avec lesquelles il entre en contact.

Dans le cas d’un engrais stocké en vrac, aucun matériau d’emballage ni aucune palette n’est présent. L’incendie peut donc ne pas pénétrer à l’intérieur du tas. L’effet produit sur l’engrais dépend de l’intensité de l’incendie et de la nature des autres matériaux présents.

La capacité de l’engrais à intensifier un incendie ne dépend pas uniquement de sa teneur en nitrate d’ammonium, mais également de la nature des autres constituants éventuellement présents, lesquels peuvent exercer un effet catalytique ou thermique sur la décomposition du nitrate d’ammonium.

Risque de décomposition

Le nitrate d’ammonium se décompose lorsqu’il est chauffé à une température largement supérieure à son point de fusion. Cette décomposition libère, par l’intermédiaire de plusieurs réactions, de la vapeur d’eau, de l’ammoniac, des vapeurs d’acide nitrique et des oxydes d’azote. Ces réactions comprennent :

(i) une réaction de dissociation réversible, endothermique et dépendante de la pression de vapeur, produisant des vapeurs d’ammoniac et d’acide nitrique ;

(ii) plusieurs réactions exothermiques irréversibles, qui dégagent des gaz contenant de la vapeur d’eau, des oxydes d’azote toxiques et/ou de l’azote.

Ces réactions sont décrites en détail dans la littérature spécialisée.

L’effet combiné de ces réactions endothermiques et exothermiques produit, jusqu’à une certaine température, un effet thermique auto-limitant, à condition que les produits gazeux puissent s’échapper librement. Ce phénomène a été étudié théoriquement et vérifié expérimentalement. Il montre que, dans des conditions adiabatiques et lorsque les gaz peuvent s’échapper librement, la température d’auto-limitation du nitrate d’ammonium pur se situe aux alentours de 290 °C, à la pression atmosphérique. Il convient de souligner que toute condition défavorable, telle que la présence de substances réactives ou catalytiques et/ou le confinement des produits gazeux, réduit cette température et diminue ainsi la stabilité thermique du nitrate d’ammonium.

Dans des conditions extrêmes, lorsque les gaz ne peuvent pas s’échapper, l’effet endothermique peut être presque totalement supprimé, ce qui entraîne un effet exothermique rapide et un comportement explosif. Cette situation est particulièrement importante lors de travaux par points chauds effectués sur des équipements ayant servi à la manutention ou au traitement du nitrate d’ammonium et qui peuvent encore contenir des dépôts de produit en raison d’un nettoyage et/ou d’une inspection insuffisants.

Certaines substances, notamment les chlorures, les chromates ainsi que les sels de cuivre et de zinc, augmentent la vitesse de décomposition du nitrate d’ammonium. Les milieux acides produisent également un effet similaire.

Les engrais à base de nitrate d’ammonium sont thermiquement stables et ne présentent pas de tendance dangereuse à l’auto-échauffement dans des conditions normales de stockage. Leur décomposition nécessite un apport externe de chaleur. Il est important de prendre en considération le risque potentiel de décomposition des engrais composés à base de nitrate d’ammonium, notamment lorsqu’ils contiennent du chlorure, par exemple sous forme de KCl.

Au cours de la décomposition d’engrais composés, par exemple sous l’effet d’un chauffage, d’importantes quantités de fumées sont dégagées. Celles-ci contiennent de la vapeur d’eau et divers gaz toxiques, tels que des oxydes d’azote, du chlorure d’hydrogène, de l’ammoniac et du chlore, selon la composition de l’engrais. Les fumées peuvent également contenir du chlorure d’ammonium et du nitrate d’ammonium qui, associés à la vapeur d’eau, peuvent réduire fortement la visibilité.

La décomposition s’accompagne d’un dégagement de chaleur, les températures dans la masse en décomposition pouvant parfois atteindre 300 à 500 °C. La décomposition peut commencer alors que l’engrais se trouve encore à l’état solide. Une fusion peut également se produire dans le cas des engrais contenant de fortes proportions de nitrate d’ammonium.

Dans de nombreux cas, une décomposition initiée par une source de chaleur externe s’arrête lorsque cette source est supprimée. Toutefois, pour certains engrais, la décomposition se poursuit et se propage en profondeur dans la masse du produit, même après le retrait de la source de chaleur. Il s’agit du phénomène de décomposition auto-entretenue, parfois désigné par l’expression « combustion en cigare », au cours duquel la décomposition se propage à travers toute la masse du matériau.

De l’ammoniac gazeux peut être libéré par les engrais à base de nitrate d’ammonium — comme par tous les sels d’ammonium — lorsqu’ils entrent en contact avec des substances alcalines telles que la chaux. L’ammoniac est un gaz toxique. Il est incolore, mais sa présence peut être détectée grâce à son odeur forte et caractéristique.

Décomposition auto-entretenue

Les engrais composés contenant du nitrate d’ammonium peuvent subir, lorsqu’ils sont amorcés, une décomposition propagative appelée « combustion en cigare ».

Une fois amorcée, la décomposition se propage à travers la masse du produit à une vitesse comprise entre 5 et 50 cm par heure, la température dans la zone de décomposition atteignant 300 à 500 °C. Elle produit souvent des fumées dangereuses de couleur brun-rouge. Les engrais composés contenant du nitrate d’ammonium et une teneur en KCl égale ou supérieure à 4 % sont susceptibles d’être affectés par ce phénomène.

La réaction peut être inhibée ou ralentie par la présence de phosphates d’ammonium. Par conséquent, les formulations NPK contenant à la fois du nitrate d’ammonium et du phosphate d’ammonium peuvent être moins sensibles à ce danger.

Dans le cas d’une décomposition auto-entretenue, ses caractéristiques — par exemple la vitesse de propagation, la température dans la zone de décomposition et la quantité de gaz produite — dépendent de la composition de l’engrais ainsi que de l’étendue de sa fusion. La présence de composés d’oligoéléments, tels que les sels de cuivre, et d’impuretés, telles que les sels de chrome, peut intensifier cette décomposition.

La vitesse de propagation, ainsi que la température dans la zone de décomposition, peut être évaluée au moyen de ce que l’on appelle l’essai en auge.

Avec ce type d’engrais, la manutention en vrac présente un risque supérieur à celui de la manutention de produits conditionnés. Cette différence s’explique par la plus grande facilité d’amorçage lors de l’exposition à des sources de chaleur et par la capacité de la décomposition à se propager dans l’ensemble du tas. Des sources de chaleur mineures, telles qu’une lampe d’inspection enfouie dans le produit ou un auto-échauffement résultant d’une contamination, peuvent suffire à amorcer la décomposition.

Risque d’explosion et de détonation

Une explosion correspond à une libération soudaine d’énergie de pression, qui peut notamment résulter de la rupture d’un système pressurisé. Lors d’une détonation, la substance réagit à une vitesse supersonique et génère une onde de choc.

Un engrais à base de nitrate d’ammonium est difficile à faire détoner, car il nécessite des chocs de très forte énergie. Ni une flamme, ni une étincelle, ni le frottement ne peuvent provoquer la détonation d’un produit non contaminé. Le risque de détonation concerne principalement les engrais présentant de fortes concentrations de nitrate d’ammonium, supérieures à 80 %.

En pratique, les engrais sont fabriqués avec une masse volumique apparente élevée et une faible porosité, afin de leur conférer une forte résistance à la détonation. Ils contiennent également des additifs destinés à assurer de bonnes propriétés anti-mottantes et une stabilité thermique suffisante vis-à-vis de la dégradation provoquée par les cycles de température.

Dans l’Union européenne, la réglementation relative aux engrais impose un essai de résistance à la détonation pour les engrais à base de nitrate d’ammonium contenant plus de 28 % d’azote provenant du nitrate d’ammonium, ce qui correspond à une teneur d’environ 80 % de nitrate d’ammonium. Les engrais qui réussissent cet essai présentent une très forte résistance à la détonation.

Lorsque l’engrais n’est pas manipulé correctement, plusieurs facteurs peuvent réduire cette résistance. Ces facteurs comprennent :

• la contamination par des substances incompatibles ;
• la diminution de la taille des particules ;
• l’augmentation de la température ;
• les cycles thermiques, qui accroissent la porosité et provoquent la dégradation de la structure des prills ou des granulés.

Risque de détonation

Il existe quatre mécanismes principaux qui, en théorie, peuvent provoquer la détonation d’un empilement ou d’un tas en vrac d’engrais à base de nitrate d’ammonium :

(i) Amorçage par le choc produit par un autre explosif

La détonation d’un explosif à proximité d’un stock de nitrate d’ammonium pourrait amorcer une détonation ou provoquer une détonation par influence dans l’engrais. L’utilisation d’explosifs pour fragmenter un engrais fortement aggloméré, ainsi que le stockage d’explosifs à proximité du nitrate d’ammonium, ont été interdits à la suite de plusieurs accidents graves survenus il y a plusieurs décennies.

(ii) Amorçage par le choc d’un projectile à grande vitesse

L’amorçage par l’impact d’un projectile à grande vitesse est improbable et très peu susceptible de se produire. La combinaison des conditions nécessaires à un tel événement est difficile à réunir : les projectiles à grande vitesse sont peu courants et, simultanément, l’engrais doit être suffisamment sensibilisé par une température élevée, un état fondu ou une contamination.

Des projectiles à grande vitesse peuvent être générés lors d’un incendie lorsque l’engrais à base de nitrate d’ammonium est confiné dans des éléments creux d’équipements, tels que les rouleaux de convoyeurs ou certains composants d’engins de manutention. La rupture d’équipements de soudage, tels que des bouteilles de gaz, peut produire un effet similaire.

Ces projectiles ne posséderaient pas une énergie suffisante pour amorcer la détonation de produits solides dans leur état normal. En revanche, les engrais fondus et/ou contaminés seraient plus sensibles.

Les poutres de toiture ou les éléments de structure d’un bâtiment susceptibles de s’effondrer lors d’un incendie important ne devraient pas posséder une énergie d’impact suffisante pour amorcer une détonation, même dans un engrais fondu en cours de décomposition.

(iii) Décomposition thermique

Lors d’un incendie, la transition d’une décomposition rapide — ou déflagration — vers une détonation dans un empilement ou un tas en vrac est très improbable, car les conditions sévères nécessaires d’augmentation de pression, c’est-à-dire de confinement, ne sont généralement pas réunies en pratique. Le risque augmente toutefois lorsque le produit fondu est contaminé.

Explosion due au chauffage et au confinement

Un risque d’explosion peut également apparaître lorsque le nitrate d’ammonium est piégé ou confiné. Lorsqu’il est fortement chauffé dans des conditions confinées — par exemple pendant un incendie, au cours de travaux par points chauds sur des équipements ou lors du chauffage de nitrate d’ammonium solidifié dans des canalisations — le produit peut se décomposer violemment et provoquer une explosion.

La contamination de l’engrais par des matières combustibles ou d’autres substances réactives augmente ce risque.

(iv) Réaction avec une substance fortement réactive

En théorie, certaines substances peuvent réagir très rapidement et avec une forte libération d’énergie.

Le respect des bonnes pratiques définies dans les nombreux guides, recommandations et exigences réglementaires permet de réduire au minimum le risque de contamination et de dégradation, et par conséquent les dangers décrits ci-dessus.

Risques postérieurs à la production

Shah, en 2008, a réalisé une analyse portant sur 80 événements liés au nitrate d’ammonium, survenus entre 1991 et 2007. Cette analyse a montré que la répartition des activités concernées était la suivante :

• stockage : 41 % ;
• transport : 30 % ;
• production : 24 % ;
• maintenance : 5 %.

Il est intéressant de noter que seulement environ un quart des accidents s’est produit au cours d’activités liées à la production. La maîtrise efficace des procédés, une formation de qualité et un niveau élevé de sensibilisation aux risques ont probablement contribué à ce résultat.

Près des trois quarts des accidents ont eu lieu après la production, c’est-à-dire pendant le stockage et le transport, le stockage représentant la part la plus élevée. L’insuffisance des mesures de contrôle ou des normes semble avoir constitué un facteur important.

À partir de cette étude, l’auteur a formulé les conclusions suivantes :

○ Sur les sites de production, les pompes véhiculant des solutions de nitrate d’ammonium, y compris celles qui traitent des solutions ou des liqueurs faiblement concentrées, peuvent présenter un risque d’explosion. Elles nécessitent des dispositifs de sécurité appropriés, tels qu’une alarme de faible débit et/ou un dispositif d’arrêt sur température élevée.

○ Tout au long de la chaîne de production et de distribution, une priorité élevée doit être accordée à la gestion sûre et efficace des produits hors spécifications et des produits rebutés.

○ La contamination semble constituer un facteur majeur dans de nombreux accidents, en particulier lorsque le produit est manutentionné en vrac. Les opérateurs et les superviseurs participant aux opérations de manutention doivent être davantage sensibilisés aux dangers potentiels et à leurs conséquences probables. Des procédures de contrôle plus efficaces et des précautions supplémentaires sont indispensables.

○ De nombreux guides, codes de bonnes pratiques et règles de sécurité sont mis à la disposition des personnes participant à la production, au stockage et à la distribution. Malgré cela, plusieurs accidents se sont produits au cours des opérations de distribution.

Les causes les plus probables comprennent :

• l’application de chaleur, par exemple au moyen de lampes électriques enfouies dans le produit ;
• les défaillances électriques ;
• la proximité de matières combustibles ;
• la contamination.

Des efforts supplémentaires sont nécessaires pour informer et former les opérateurs et les superviseurs, afin d’améliorer le respect des bonnes pratiques.

Il est important de noter que :

○ Aucun accident majeur impliquant l’explosion de nitrate d’ammonium ne s’est produit au cours du transport maritime depuis plus de soixante ans, période durant laquelle des millions de tonnes de nitrate d’ammonium ont été transportées. Ce résultat est attribué à l’élaboration de règles de sécurité adaptées ainsi qu’à leur mise en œuvre et à leur respect effectifs.

○ Aucun accident majeur par explosion impliquant un nitrate d’ammonium de qualité fertilisante, commercialisable et conforme aux spécifications, ne s’est produit dans un entrepôt industriel depuis au moins quatre décennies.