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ATEX

  1. Que faut-il pour provoquer une explosion?
  2. Comment sommes nous arrivés à la directive européenne ATEX actuelle?
  3. Quel est l’objet de la directive européenne 1999/92/EC (ATEX153)?
  4. Comment définit-on les différentes zones?
  5. Que dit la Directive 2014/34/UE (ATEX114)?
  6. Comment se compose le marquage ATEX?
  7. Quel est le lien entre les groupes d’équipements, les catégories ATEX et l’EPL?
  8. Quelles sont les méthodes antidéflagrantes les plus fréquemment appliquées?
  9. Comment les gaz et les substances poussiéreuses sont-ils divisés en groupes de gaz et de poussières?
  10. De quelle classe de température ai-je besoin pour mon équipement?
  11. Quelle est la température de surface maximale admissible dans un environnement poussiéreux?

Triangle d’explosion


Pour qu’une explosion puisse se produire, les trois éléments suivants doivent être présents :

  • Gaz, vapeur, brouillard ou poussière inflammable
  • Oxygène
  • Une source d’ignition

Explosion triangle: fuel, oxygen and ignition source

Nous pouvons empêcher une explosion en supprimant l’un de ces trois éléments. La présence de substances inflammables est souvent inhérente aux processus opérationnels et ne peut être évitée. Parce que dans la majorité des cas, des humains sont présents, il n'est pas pratique d'éliminer l'oxygène essentielle aux travailleurs. La méthode la plus pratique, disons plus ou moins la seule méthode, consiste donc à éliminer la source d’ignition ou de la rendre inoffensive.

Une substance combustible ne peut s'enflammer que si elle est dans le bon rapport de mélange avec l'oxygène. Le niveau d'explosion inférieur (Lower Explosion Level - LEL) et le niveau d'explosion supérieur (Upper Explosion Level - UEL) ont été établis pour chaque substance explosible. En dehors de ces limites LEL et UEL, la substance explosible ne peut s'enflammer car le mélange contient trop ou trop peu de carburant. L'«inflammabilité» du mélange a une évolution parabolique où précisément aux points LEL ou UEL, le mélange s’enflammera d’une manière simple. Le haut de la parabole représente le mélange qui s’enflamme le plus facilement et qui ne nécessite donc qu’une très faible énergie d'allumage pour s’enflammer. À ce stade, se produira la pression d'explosion la plus élevée lorsque la substance s'enflammera.

Une distinction peut être faite entre les principes qui s'appliquent à la protection contre les explosions. Nous distinguons trois groupes, à savoir primaire, secondaire et tertiaire.

Protection primaire contre les explosions

  • Mesures pour empêcher la création d'un mélange explosif, par exemple en plaçant une enceinte sous surpression interne contenant de l'air propre ou un gaz inerte.

Protection contre les explosions secondaire:

  • Un mélange explosif peut encore se former, mais des mesures sont prises pour empêcher le mélange de s'enflammer, par exemple, en encapsulant la source potentielle d'ignition dans un moulage ou en limitant la puissance électrique à la source potentielle d'inflammation à l’aide de barrières Zener.

Protection antidéflagrante tertiaire (s'il n'y a pas d’autre option):

  • Il s'agit de mesures visant à limiter l’effet d'une explosion à un niveau acceptable. Cela peut être accompli, par exemple, en utilisant des disques de rupture, des pare-flammes et / ou des trappes d'explosion.

En Europe, des directives ont été élaborées pour permettre un travail en toute sécurité (ATEX 153) et le fonctionnement sûr de l’équipement fourni (ATEX 114).

ATEX


Au début des années 90, le Conseil européen a décidé que le risque d'explosion devait être aussi faible que possible ou au moins se situer dans des limites acceptables. A cette fin, des dispositions ont été établies concernant la procédure sur le lieu de travail et le fonctionnement en toute sécurité des équipements fournis. Ces dispositions figurent dans deux directives et les États membres de l'Union européenne se sont engagés à transposer les règles de ces directives dans leur législation nationale.

Les directives européennes ne sont donc pas des lignes directrices pour les utilisateurs ou les fabricants, mais visent à fixer  les accords mutuels entre le Conseil et les gouvernements des pays.

ATEX 153


ATEX 153 est la première directive (1999/92/CE). Elle enregistre les exigences minimales pour la protection de la santé et la sécurité des travailleurs qui peuvent être mis en péril par des atmosphères explosives. Les exigences minimales de la directive visent à élever le niveau des États Membres qui sont toujours inférieurs à ce minimum. Les États membres qui sont déjà au-dessus du niveau minimum exprimé ne devraient pas abaisser leur niveau pour venir à l’encontre des directives. La directive ATEX 153 est également appelée la directive sociale ou la directive d'installation. Aux Pays-Bas, cette directive est ancrée dans la législation et dans la réglementation sur les conditions de travail.

La directive ATEX 153 précise, entre autres, les obligations de l'employeur en ce qui concerne:

  • La prévention et la protection contre les explosions (mesures organisationnelles, formation, instructions);
  • L'évaluation des risques;
  • La classification et le marquage des zones dangereuses (0, 1, 2, 20, 21 et 22);
  • La rédaction et la mise à jour d’un document de protection contre les explosions (EPD).

En outre, des critères sont proposés pour la sélection des équipements conformément à l'évaluation des risques et conformément au document de sécurité contre les explosions. L'équipement doit être choisi sur base des catégories mentionnées dans la directive ATEX 114, en fonction de la zone dans laquelle l'équipement sera utilisé (voir tableau ci-dessous). Ceci établit la relation entre ATEX 153 (conditions de travail) et ATEX 114 (équipement) et donc aussi entre les zones et les catégories.

Zone Catégorie
0 1G
1 2G or 1G
2 3G, 2G or 1G
20 1D
21 2D or 1D
22 3D, 2D or 1D

Zones


La classification des zones dangereuses est basée sur la fréquence d'apparition et la durée de présence d'une atmosphère explosive (EN 60079-10):

Zone Définition
0 Zone dans laquelle une atmosphère explosive gazeuse est présente en continu, pendant de longues périodes ou fréquemment
1 Zone dans laquelle une atmosphère explosive gazeuse est susceptible de se produire périodiquement ou occasionnellement en fonctionnement normal
2 Une zone où une atmosphère de gaz explosive ne se produira probablement pas en fonctionnement normal mais, si c’est le cas, une telle atmosphère ne se produira que rarement et puis pendant une courte période
20 Un endroit où une atmosphère explosive de poussière, sous la forme d'un nuage de poussière dans l'air, est présente en permanence, pendant des périodes prolongées ou fréquemment
21 Un endroit où une atmosphère explosive de poussière, sous la forme d'un nuage de poussière dans l'air, est susceptible de se produire occasionnellement en fonctionnement normal
22 Une zone dans laquelle une atmosphère explosive de poussière, sous la forme d'un nuage de poussière combustible dans l'air, ne risque pas de se produire en fonctionnement normal mais, si elle se produit, ne persistera que pendant une courte période

ATEX 114


La deuxième directive est ATEX 114 (2014/34/UE). Cette directive relative aux «équipements et systèmes de protection, destinés à être utilisés dans des atmosphères potentiellement explosives», décrit comment parvenir au marquage CE réglementaire pour les équipements antidéflagrants. Cette directive est destinée aux fabricants afin de promouvoir le libre-échange en Europe. Généralement elle est appelée la directive produit ou la directive fabricant. Aux Pays-Bas, cette directive est repris dans la loi sur les produits de base.

La directive ATEX couvre:

  • Tous les équipements (électriques et non électriques) et les systèmes de protection, destinés à être utilisés dans des zones explosives;
  • Dispositions de sécurité, de contrôle et de réglementation destinées à être utilisées en dehors des zones potentiellement explosives. Ces dispositions sont nécessaires pour un fonctionnement en toute sécurité des équipements et des systèmes de protection contre les risques d’explosion. Ou ils y contribuent.

La directive européenne ATEX 114 s’applique aux endroits où un environnement explosif peut se produire dans des conditions atmosphériques qui, après allumage, propagent le feu sur l'ensemble du mélange non brûlé. La directive ATEX ne s'applique pas aux installations à bord des navires de mer et aux installations mobiles offshore car elles sont déjà couvertes par la convention de l'OMI (OMI = Organisation Maritime Internationale).

Marquage EX


Des exigences spécifiques sont indiquées sur la plaque signalétique de l'équipement antidéflagrant. L'étiquette doit contenir au moins les informations suivantes:

  • Nom et adresse du fabricant
  • Désignation de type du produit
  • Marquage CE suivi du numéro d'identification de l'organisme notifié qui audite le site de production (catégories 1 et 2)
  • Marquage Ex
  • Numéro de certificat, reconnaissable au mot ATEX
  • Numéro de fabrication ou de série (pour le suivi et la traçabilité)
  • Année de fabrication

Les informations sur les connexions électriques et les températures ambiantes non conformes, etc., sont indiquées autant que possible sur la plaque signalétique. La majorité des aspects sont probablement évidents, mais le marquage Ex nécessite des explications supplémentaires. Nous expliquons les différents éléments du marquage Ex à l’aide d'un exemple.

Prenons comme exemple le marquage Ex  Ex logo  II 2G Ex ib IIC T4 Gb. Ce marquage Ex est composé des éléments suivants:

  • la marque communautaire Ex logo  étant la lettre grecque 'Epsilon’ puis un "x" ensemble dans un hexagone
  • le groupe et la catégorie d'équipement ("II 2G")
  • le symbole Ex
  • la méthode de protection utilisée contre l’ignition ("ib" ")
  • le groupe de gaz ou de poussière ("IIC")
  • la classe de température ("T4")
  • le niveau de protection de l'équipement (EPL) ("Gb")

Nous expliquons ces différents éléments ci-dessous.

Groupe et catégorie d'équipement


Au plus haut niveau, une distinction est faite entre deux groupes d'équipements.

Le groupe d'équipements I comprend toutes les installations souterraines (minières) et le groupe d'équipements II comprend toutes les autres installations de surface (industrielles). Le traitement spécial des équipements pour les installations souterraines est étroitement liée aux circonstances extrêmement spécifiques qui doivent être prises en compte dans l'exploitation minière. La roche riche en charbon contient également du méthane et ce gaz est donc omniprésent. De plus, les risques souterrains sont par définition élevés (longs couloirs étroits, risque d'effondrement).

L'annexe ZY de l'EN 60079-0: 2012 montre clairement la classification la plus récente:

Utilisation Directive ATEX
Groupe d'équipements
Directive ATEX
Catégorie
EN 60079-0
EPL
souterrain I M1 Ma
souterrain I M2 Mb
autre II 1G Ga
autre II 2G Gb
autre II 3G Gc
autre II 1D Da
autre II 2D Db
autre II 3D Dc

Mode de protection contre l'explosion


L'utilisateur déterminera la catégorie de son équipement en fonction de la zone dans laquelle le matériel sera utilisé. Cela lui donne l'assurance du bon niveau de protection. Il appartient en fait au fabricant de l'équipement de déterminer le type de protection contre l’explosion pour atteindre ce niveau.

Il existe de nombreuses méthodes de protection et les types de sécurité contre les explosions de gaz les plus couramment utilisés sont expliqués plus en détail ci-dessous.

  • Ex "d" - Boîtier antidéflagrant (EN 60079-1)
    Un boîtier antidéflagrant peut contenir des composants qui pourraient enflammer un mélange de gaz explosif lors d'une utilisation normale, en raison d'étincelles, d'arcs ou de températures élevées.
    Un boîtier antidéflagrant respire, ce qui signifie que le mélange de gaz explosif peut être présent dans l’enceinte antidéflagrante. La construction est telle qu'aucune explosion à l'intérieur de l'enceinte ne se propage à l'air libre extérieure:  la pression d'explosion dynamique qui se produit peut être absorbée et la pression d'explosion accumulée est évacuée par les surfaces. La flamme se refroidit ensuite pour finalement arriver en dessous de la température d'inflammation du gaz ambiant.
  • Ex "e" - Sécurité accrue (EN 60079-7)
    Le matériel électrique construit selon la méthode de protection Ex e ne doit contenir aucune pièce susceptible d'enflammer un mélange gazeux explosif lors d'une utilisation normale. Le mélange de gaz explosif peut pénétrer dans l'équipement électrique. Ex e fournit donc une protection qui ne fonctionnera qu'avec un équipement standard anti-étincelant.
    Les boîtes de jonction des climatiseurs ATEX sont un bon exemple de l’application du mode de protection “sécurité accrue”.
  • Ex "i" - Sécurité intrinsèque (EN 60079-11)
    Pour qualifier un circuit de sécurité intrinsèque, le contenu énergétique du circuit doit être limité de manière à ce que les étincelles ou les effets thermiques ne puissent provoquer l’ignition d'un mélange de gaz explosif. La limitation d'énergie des circuits à sécurité intrinsèque est réalisée en limitant à la fois la tension (U) et le courant (I).
    Les exigences de construction pour la restriction d'énergie s'appliquent à la fois au circuit de sécurité intrinsèque et aux câbles et composants associés situés en dehors de la zone dangereuse car des capacités parasites (C) et d'auto-induction (L) de câbles longs par exemple pourraient jouer un rôle.
  • Ex "m" - Moulage (EN 60079-18)
    Les composants électriques qui pourraient faire exploser une atmosphère environnante par des étincelles ou par échauffement peuvent être rendus antidéflagrants en les intégrant complètement dans une substance de moulage. Cette substance de moulage doit être électriquement, thermiquement, mécaniquement et chimiquement résistante.
  • Ex "n" - équipement anti-étincelant (EN 60079-15)
    Les contacts étincelants sont protégés contre la pénétration de l'atmosphère environnante et les surfaces chaudes sont exclues. Cette méthode de protection s'applique uniquement à la catégorie 3G. De nombreux modes de protection sous-jacents sont similaires à ceux décrits dans d'autres normes techniques. Pour cette raison, ces dernières années, de grandes parties de cette norme ont été déplacées vers d'autres normes.
    Les autres méthodes de protection sont les suivantes:
    Ex nA: sans arc, sans étincelles: convient uniquement aux équipements standards sans étincelles.
    Ex nC: construction fermée: empêchant de façon constructive un contact électrique d'être une source potentielle d’ignition.
    Ex nR: respiration restreinte, enceinte respiratoire limité de sorte qu'une atmosphère dangereuse puisse à peine pénétrer.
    Le capteur de mouvement antidéflagrant et l'interrupteur crépusculaire sont un bon exemple de l'utilisation de la méthode de protection «Respiration restreinte» Ex nR.
  • Ex "o" -remplissage d'huile (EN 60079-6)
    Les appareils électriques ou des parties d'appareils électriques sont immergés dans l'huile de sorte qu'une atmosphère potentiellement explosive au-dessus de la surface de l'huile ou à l'extérieur du boîtier ne puisse pas s'enflammer.
  • Ex "p" - Enceinte sous pression (EN 60079-2)
    Une enceinte en surpression interne peut théoriquement contenir des composants qui, dans des conditions normales d'utilisation, pourraient enflammer un mélange gazeux explosif par des étincelles, des arcs ou des températures élevées. En pratique, cela ne s'applique qu'aux versions classées Ex px (zone 1) et Ex pz (zone 2). L'atmosphère potentiellement explosive gazeuse environnante ne peut pénétrer dans l'enceinte à Ex p car elle est maintenue sous surpression au moyen d'un gaz de protection. Le gaz protecteur peut être un gaz inerte ou de l'air sec et propre. Le mode de protection est indépendant du groupe gaz.
  • Ex "q" - quartz - remplissage sable (EN 60079-5)
    Le remplissage d'un boîtier avec de petites billes de verre rend difficile la pénétration de l'atmosphère explosive environnante jusqu'à la source d'inflammation. De plus, les gaz chauds se refroidissent suffisamment lorsqu'ils s'échappent, de sorte que l'atmosphère dangereuse explosible environnante ne peut s'enflammer.

Groupe de gaz ou de poussière


Le groupe d'équipement II est divisé en 3 groupes de gaz (IIA, IIB et IIC) et en 3 groupes de poussières (IIIA, IIIB et IIIC). La classification des gaz dans les groupes de gaz est basée sur l'énergie minimale d'allumage (MIE = Minimum Ignition Energy) avec laquelle une étincelle électrique peut enflammer le mélange gazeux. Les gaz du groupe de gaz IIA ont une énergie d'allumage relativement élevée (une grande étincelle est nécessaire) et les gaz du groupe de gaz IIC ont la plus faible énergie d'allumage (une petite étincelle est souvent suffisante). Les gaz ou vapeurs de liquides représentatifs sont:

IIA
IIB
IIC
propane, butane, kérosène
éthylène, hydrogène sulfuré, éther éthylique
hydrogène, acétylène, disulfure de carbone

L'effet de cette classification se reflète principalement dans les largeurs d'intervalle admissibles entre les parties d'une enceinte antidéflagrante (MESG = Maximum Experimental Safety Gap) et l'énergie autorisée pour les circuits à sécurité intrinsèque.

Étant donné qu'un nombre croissant de normes EN sont basées sur les normes CEI (Comité électrotechnique international), en Europe, nous devons désormais également tenir compte des nouveaux groupes de poussière IIIA, IIIB et IIIC. La subdivision est caractérisée comme suit:

IIIA
IIIB
IIIC
particules inflammables (particules supérieures à 0,5 mm)
poussières (particules inférieures à 0,5 mm)
poussières conductrices (poussière électriquement conductrice)

Classe de température


Chaque mélange air-carburant a sa propre température d'allumage spécifique. Cette température d’ignition est définie comme la température minimale à laquelle le mélange peut être enflammé. Il peut s'agir de la température d'un objet chaud tel qu'un élément chauffant, un moteur électrique, une ampoule ou un entraînement mécanique surchauffé. Pour les mélanges de différents gaz ou poussières, le gaz ou la poussière ayant la température d'inflammation la plus basse détermine la température d'inflammation, sauf si des informations complémentaires ne s'y opposent. Pour éviter une ignition, la température de surface la plus élevée doit donc être inférieure à la température d’allumage du mélange carburant-air.

Les équipements antidéflagrants à gaz sont catégorisés en classes de température ou «classes T». Les équipements référencés dans une certaine classe de température peuvent être utilisés pour des gaz dont la température d’ignition est supérieure à la température associée au groupe.

Classe de
température
Température de surface
maximale admissible
T1 450 °C
T2 300 °C
T3 200 °C
T4 135 °C
T5 100 °C
T6 85 °C

Les équipements antidéflagrants poussière ne sont pas groupés dans des classes de température mais pour ces derniers, la température de surface maximale est indiquée (obligatoirement) sur l'étiquette ou la plaque signalétique de l'équipement.

Lors du choix d'un équipement pour un environnement poussiéreux, non seulement la température d’ignition mais également la température de combustion lente doivent être prises en compte. La température d’ignition est la température à laquelle un nuage de poussière tourbillonnant s'enflamme, la température de combustion lente est la température à laquelle une couche de poussière de 5 mm sur une surface chaude commence à fumer. La température de surface maximale admissible Tmax pour les équipements antidéflagrants doit répondre aux deux critères suivants:

Tmax < température de combustion lente - 75 °C et Tmax < 2/3 x température d'ignition

Exemple: poussière de bois de ponçage

température de combustion lente = 310 ºC
température d'ignition = 410 ºC
Tmax = 310 - 75 = 235 ºC
Tmax = 2/3 * 410 = 273 ºC

La valeur la plus basse est déterminante et la température de surface maximale admissible pour la poussière de bois de ponçage est donc de 235 °C.

Remarque: La température de combustion lente s'applique à une couche de poussière de 5 mm d'épaisseur. Pour les couches plus épaisses, la marge spécifiée de 75 °C doit être augmentée.