Mélanges hybrides

Définition

Un mélange hybride est une atmosphère explosive contenant à la fois de la poussière inflammable et un gaz, une vapeur ou un brouillard inflammable. Ce terme désigne ainsi le cas limite entre les deux domaines classiques de la protection contre les explosions – les explosions de gaz et les explosions de poussière –, auxquels s’appliquent respectivement des zones, des catégories d’appareils et des paramètres spécifiques.

Du point de vue de la sécurité, un mélange hybride n’est pas la simple somme de ses composants, mais doit être évalué de manière autonome. Il est essentiel de noter qu’un mélange hybride peut être inflammable, même si ni la fraction de poussière ni celle de gaz n’atteignent à elles seules leur limite inférieure d’explosivité respective.

Effet sur les paramètres d’explosivité

Même de faibles proportions de gaz ou de vapeur inflammables modifient considérablement le comportement d’un mélange poussière-air :

L’énergie minimale d’allumage (EMA) diminue nettement. Des sources d’allumage qui ne seraient pas critiques pour la poussière pure – comme de faibles décharges électrostatiques – peuvent suffire. Il s’agit là du changement le plus important sur le plan pratique.
La vitesse de montée en pression augmente. La valeur Kst du mélange est supérieure à celle de la poussière pure ; le temps de réaction disponible pour les systèmes de protection est réduit.
La surpression maximale d’explosion pmax augmente. La charge admissible pour la conception des réservoirs augmente.
Les limites d’explosivité se déplacent. La limite inférieure d’explosivité du mélange est inférieure aux limites individuelles de la poussière et du gaz.
La température minimale d’inflammation peut baisser. Les températures de surface admissibles et les classes de température deviennent donc plus strictes.

Ces effets ne sont pas linéaires et ne peuvent pas être calculés à partir des caractéristiques individuelles. Seuls les essais du mélange réel dans des conditions proches de la pratique fournissent des valeurs fiables.

Où les mélanges hybrides sont-ils formés dans la technologie de mélange ?

Dans le traitement des poudres, les mélanges hybrides sont plus fréquents qu’il n’y paraît à première vue. Exemples typiques :

Ajout de liquides à des poudres : pulvérisation ou dosage d’huiles, d’arômes, d’oléorésines, d’alcool ou de solutions alcooliques au cours du processus de mélange
Granulation et instantanisation : formation d’agglomérats à l’aide de liants contenant des solvants
Enrobage et revêtement : application de solutions ou de suspensions à la surface des particules
Séchage par mélange sous vide et synthèse : évaporation de solvants organiques dans un appareil chargé de poussière
Solvants résiduels dans la matière première : poudres issues de processus en amont qui contiennent encore des composants volatils et les libèrent dans la chambre de mélange
Produits dégazants : substances qui libèrent des produits de décomposition inflammables en cas d’élévation de température ou de contrainte mécanique

Il convient d’accorder une attention particulière au dernier cas : un processus qui, selon sa conception, est purement sous forme de poussière, peut devenir involontairement un processus hybride en raison d’une humidité résiduelle, de solvants résiduels ou d’une décomposition.

Conséquences sur la classification des zones et le choix des équipements

En présence d’un mélange hybride, la classification des zones basée uniquement sur la poussière n’est plus applicable. Les deux atmosphères doivent être évaluées :

La zone concernée doit être classée à la fois dans les zones de gaz 0, 1 et 2 et dans les zones de poussière 20, 21 et 22.
Les appareils et les systèmes de protection doivent satisfaire à l’exigence la plus stricte des deux analyses – tant en ce qui concerne la catégorie et le niveau de protection de l’appareil que le type de protection contre l’inflammation et la classe de température.
Le marquage doit attester de l’adéquation aux deux atmosphères, c’est-à-dire aussi bien pour le groupe d’appareils G que pour le groupe D.

L’efficacité des différentes mesures de protection varie également : les mesures conçues pour la poussière – telles que les analyses de la couche limite concernant les dépôts de poussière – ne s’appliquent pas aux gaz, et inversement, les concepts de ventilation destinés aux gaz n’ont qu’une efficacité limitée en présence de poussière.

Conséquences sur la conception des appareils

Conception résistante aux coups de bélier : La pression de conception doit être déterminée sur la base des caractéristiques du mélange hybride. Un appareil dimensionné pour la poussière pure peut s’avérer sous-dimensionné.
Décompression : les surfaces de décompression requises augmentent, car la pression s’élève plus rapidement. Dans le cas des vapeurs de solvants, une décompression vers l’extérieur est souvent interdite ; il convient alors d’envisager des systèmes sans flamme.
Inertage : dans le cas des mélanges hybrides, la réduction de la teneur en oxygène est souvent la solution la plus économique et la plus sûre, car elle couvre simultanément les deux atmosphères. Elle nécessite un apport contrôlé de gaz et une surveillance de la teneur en oxygène.
Découplage des explosions : en raison de la vitesse de propagation de la flamme plus élevée, le découplage des parties de l'installation en amont et en aval est particulièrement critique.
Prévention renforcée des sources d’allumage : en raison de la faible énergie minimale d’allumage, la mise à la terre continue, la liaison équipotentielle, la prévention des étincelles mécaniques et la limitation des températures de surface revêtent une importance accrue.
Étanchéité et circulation des gaz : l’appareil doit être conçu de manière étanche aux gaz afin que les vapeurs ne s’échappent pas dans l’environnement et n’y créent pas une zone gazeuse supplémentaire.

Directives et normes

L’évaluation des mélanges hybrides s’effectue dans le cadre des mêmes directives que le reste de la protection contre les explosions, notamment la directive 2014/34/UE relative aux appareils et systèmes de protection et la directive 1999/92/CE concernant les obligations des exploitants. Les bases méthodologiques sont notamment fournies par la norme EN 1127-1 pour les principes et la méthodologie de la protection contre les explosions, ainsi que par la norme VDI 2263 pour les feux de poussière et les explosions de poussière. Les mélanges hybrides doivent être expressément désignés comme tels et évalués dans le document de protection contre les explosions.

Conseils pratiques

Prendre en compte l’ensemble du processus : toutes les substances introduites dans le mélangeur ou susceptibles de s’y former doivent être prises en compte, y compris les produits de nettoyage, les résidus de solvants et les produits de décomposition.
Déterminer les caractéristiques du mélange : les valeurs bibliographiques relatives à la poussière pure ne sont pas fiables dans le cas de mélanges hybrides. Il est nécessaire de faire analyser le mélange réel dans un laboratoire certifié.
Déterminer dès le début : le fait qu’un procédé soit hybride ou non détermine le type de construction, la pression de conception et le concept de protection. Une adaptation a posteriori est nettement plus coûteuse que d’en tenir compte dès la phase de planification.
Vérifier les modifications de formulation : le changement d’un liant ou d’un support d’arôme peut transformer un procédé jusqu’alors purement sous forme de poussière en un procédé hybride.