Résistance des structures à l'explosion


Le rapport présente une synthèse de l’état des connaissances afin de déterminer les effets d‘impact de projectiles sur les structures béton ou métalliques rencontrées sur site industriel (enceinte sous pression, réservoirs métalliques, canalisations, ou encore salles de contrôle par exemple). Il décrit le phénomène d’impact et présente les principaux outils de modélisation utilisables classés en 3 catégories : 

-             Les corrélations empiriques qui sont les plus fréquemment utilisées pour l’évaluation des effets. Elles exploitent des bases de données expérimentales pour établir des relations entre la profondeur de pénétration / l’épaisseur limite de perforation et les principaux paramètres du calcul (vitesse d'impact, géométrie/dimensions du projectile, caractéristique du projectile, …). Elles permettent d’évaluer les effets locaux générés par l’impact de projectiles non déformables sur des matériaux tels que le béton, le béton armé ou encore l’acier.

-             Les méthodes analytiques fondées généralement sur une résolution plus ou moins simplifiée de l'équation différentielle décrivant le système. Elles permettent d’évaluer aussi bien la réponse locale que la réponse globale de la structure. Cette approche est souvent un bon compromis permettant de faire des gains économiques par rapport à une approche empirique et de ne pas surdimensionner les moyens de protection à mettre en œuvre.

-             Les méthodes numériques souvent basées sur des méthodes par éléments finis ou encore des méthodes discrètes permettant de coupler la réponse du projectile avec celle de la cible et simuler de manière plus réaliste le phénomène d’impact et d’endommagement de la cible.. Ces modèles complètent les approches précédentes pouvant notamment apporter une vraie plus-value dans le cadre de structure composite (béton armé par exemple) ou complexe.

Le présent rapport vise à décrire la démarche adoptée par l’INERIS pour déterminer les effets des explosions et incendies envisageables lors d’accidents industriels. Il s’agit d’un des sujets retenus dans le thème "phénomènes physiques" cité ci-dessus.

L’objectif de ce document est de :
• décrire les outils de modélisation utilisables pour prévoir le comportement des structures lors de l’agression,
• présenter les moyens expérimentaux pour la détermination des paramètres pertinents pour la prédiction de la vulnérabilité des structures,
• décrire les principaux dispositifs de protection des structures.

Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) a produit le Complément technique relatif à l'effet de surpression. Ce document, très complet, fixe en ses paragraphes 5.61 et 6.52, la démarche que doivent suivre les services instructeurs pour qualifier la vulnérabilité du bâti, neuf ou existant. Pour le bâti neuf, ce guide assoit un diagnostic de vulnérabilité sur l'examen de quinze critères. Leur nombre, pour l'existant est porté à dix-sept. Quoique, le guide en question reste néanmoins plus particulièrement adapté au cas des bâtiments d'application difficile pour les services instructeurs. Concernant le bâti existant, les services peuvent être confrontés à des difficultés pour renseigner les critères de vulnérabilité. Certains critères nécessitent une expertise spécifique dans le domaine de la construction et un examen approfondi des caractéristiques extérieures et intérieures du bâti. Par ailleurs, l’expérience acquise lors des premières études de vulnérabilité sur le terrain montre :
 d’une part, que l’accès, uniquement possible sur autorisation des occupants est souvent difficile à obtenir ;
 d’autre part, que certains paramètres ne peuvent être appréhendés par un examen visuel simple (type de fondation par exemple) ;
 Enfin, que les prescriptions techniques mises en lumière par la démarche ont un coût très rapidement supérieur à 10% de la valeur vénale du bien (par exemple modification du rapport longueur sur largeur).

Pour ces raisons, le Ministère en charge de l’Ecologie a demandé qu'un groupement piloté par l’INERIS développe, sur les bases du complément technique élaboré par le CSTB, une méthode simplifiée de l’approche de la vulnérabilité du bâti aux effets de surpression.

Ce document présente l’approche réglementaire et normative retenue, à la date d'édition du rapport, dans quelques pays que sont l’Allemagne, l’Angleterre, le Canada, les Etats-Unis et l’Australie eu égard aux principes de gestion de la sécurité dans les silos de stockage des céréales.
Outre la France, seuls les Etats-Unis semblent disposer d’une réglementation spécifique. Quant aux autres, les principes de prévention et de protection appliqués s’inscrivent dans un cadre plus général de protection des risques majeurs et de protection des travailleurs.
L’Australie se distingue des autres pays en ce sens que l’accent est mis sur la conception sûre des silos.
Enfin, les Etats-Unis et l’Angleterre insistent sur les compromis coûts/bénéfices liés aux aménagements de sécurité.
Toute une partie de ce document est consacré à l’accidentologie. Des données particulièrement intéressantes en provenance des Etats-Unis sont présentées.

Ce guide présente une méthode d'étude du comportement de l'enveloppe des engins de transport vis-à-vis des agressions accidentelles en vue de les exploiter dans les analyses de risques pour la prise en compte des effets dominos.

Pour l'application de l'arrêté ministériel relatif à la prévention des risques présentés par les silos et les installations de stockage de céréales, de grains, de produit alimentaire ou de tout autre produit organique dégageant des poussières inflammables.

Le présent document fait suite à un travail d’examen relatif à la manière dont l’effet de surpression pouvait être pris en compte, sur un plan pratique, dans le mécanisme d’élaboration et d’application des PPRT. Rappelons que les PPRT ont pour objectif la
protection des personnes et non des biens.

En effet, les différents textes (notamment le Guide PPRT) traitant du sujet précisent surtout les objectifs attendus en matière de sécurité des personnes. Il était nécessaire, dans un souci d’efficacité de la règle prescrite, qu’un document traite des actions techniques permettant d’atteindre les objectifs du PPRT, en visant la simplicité de compréhension de la part des acteurs de terrain.

Néanmoins, s’agissant d’un complément technique, il n’a guère été possible de faire en sorte que le thème soit abordable par des acteurs étrangers au secteur de la construction. Ce document ne constitue donc pas une vulgarisation du sujet, mais une simplification de l’approche telle qu’elle pourrait être faite de manière classique (par exemple lorsque l’on étudie le comportement des ouvrages de bâtiments vis-à-vis d’agressions diverses : séisme, vent, feu, etc.).

Les auteurs ont veillé à rendre aussi simple que possible l’approche à adopter. Les méthodes développées sont issues de considérations qui sont pour la plupart explicitées dans le texte (notamment les annexes).

Le présent document commence par rappeler les définitions des niveaux d’aléas tels qu’ils figurent dans le Guide PPRT. Il présente ensuite les dispositions constructives à appliquer aux constructions nouvelles (chapitre 5), en donnant de nombreux schémas de ces dispositions. Il indique également des éléments de surcoût pour ce qui concerne la mise en œuvre de ces dispositions. Enfin, il fournit un récapitulatif en matière d’actions pratiques pour les préconisations (paragraphe 5.6).

La même démarche est suivie pour le bâti existant (chapitre 6), dans lequel le paragraphe 6.5 fournit un récapitulatif en matière d’actions pratiques pour les préconisations.

L'objectif des Plans de prévention des risques technologiques est d'améliorer la protection des personnes. Pour ce faire, le règlement du PPRT peut dans la zone « bris de vitres » (zone 20-50 mbar) prescrire ou recommander la tenue des fenêtres des habitations face à l’onde de souffle générée par une explosion.
Afin d'accompagner les populations dans cette démarche, l'INERIS a rédigé un guide pratique intitulé "Fenêtres dans la zone des effets de surpression d'intensité 20-50 mbar, diagnostic et mesures de renforcement". Ce guide est destiné aux maîtres d'œuvre, maîtres d'ouvrage, artisans menuisiers et professionnels du bâtiment. Les tiers pourront également l'utiliser s’ils le souhaitent. Il a pour objectif de les aider à mieux appréhender les demandes de travaux faites par les propriétaires. Il propose des recommandations pratiques afin d’améliorer la tenue des fenêtres d’une habitation située dans la zone 20-50 mbar d’un PPRT:
- Quels sont les types de verre et les dimensions possibles des vitrages ?
- Quels sont les modes de pose de la fenêtre et les systèmes de fermetures possibles?
- Comment fixer la fenêtre dans le mur ?
dans l'optique d'assurer le plus efficacement la sécurité des personnes à l’intérieur des habitations, en tenant compte des contraintes de coût pour les propriétaires.

Guide pour la conception et l’exploitation de silos de produits agro-alimentaires vis-à-vis des risques d’explosion et d’incendie

    Les objectifs du guide, qui tiennent compte des différents contacts pris avec les pouvoirs publics (Ministère chargé de l'Environnement), les professionnels du stockage, et les assureurs, sont les suivants :
    • - permettre aux ingénieries spécialisées, aux fabricants d'installations, aux autorités administratives, aux assureurs de pouvoir disposer d'un ouvrage de référence traitant des aspects de prévention et de protection contre les effets d'accidents dus à l'incendie et à l'explosion dans les silos, tenant compte des particularités des stockages français,
      • - augmenter les connaissances dans les domaines de la prévention et de la protection vis-à-vis de l'explosion et de l'incendie.
        • Une partie des travaux a été réalisée en commun, dans le cadre du projet européen COPERNICUS ERB CIPACT 930180, avec deux autres Instituts, l'Institut de Recherche des Mines (VVUU en République Tchèque) et l'Institut Central des Mines (GIG, Mine Barbara en Pologne).