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ED 116FICHE PRATIQUE DE SCURIT

novembre 2014

La rglementation concernant la protectiondes travailleurs susceptibles dtre exposs aurisque datmosphres explosives impose unevaluation de ces risques.Celle-ci peut, en particulier, tre effectue enutilisant des dtecteurs de gaz particuliers ap-pels explosimtres. Lobjectif de cette fiche

est de faire le point sur les possibilits de cesappareils et sur les prcautions prendre lorsde leur utilisation afin davoir des mesuresfiables et de prendre des dispositions qui per-mettent dassurer la scurit des personnesvoluant dans ou proximit des zones risques dexplosion (zones ATEX) .

Attention cependant car la rponse non li-naire du dtecteur pour des concentrationssuprieures la LIE impliquera une rponseerrone (gnralement trs sous-estime).

Un capteur catalytique est constitu dunecellule comportant deux filaments dont lun

est enduit dun catalyseur. Une membranede diffusion permet lentre du gaz dans lacellule. Loxydation du gaz combustible auniveau du filament catalytique entrane uneaugmentation de sa temprature (figure 1),ce qui modifie sa rsistance lectrique. Lamesure de concentration est effectue en

P

La dtection des gaz et vapeurs combustiblespeut se faire selon plusieurs principes.Le choix se fera en fonction de lobjectif qui

est recherch et des caractristiques du mi-lieu valuer.La majeure partie des explosimtres utilissfonctionnent par oxydation catalytique dugaz. Ils sont adapts pour des mesures deconcentrations de gaz dans lair situes entre0 et 100 % de la LIE (voir figures 2 et 3).

Les explosimtres

valuer les risques dusau travail en atmosphresexplosives est une obligationrglementaire.Les explosimtres sontdes instruments de mesurepouvant tre utiliss cet effet.Il est donc indispensableden connatre les conditionset les limites dutilisation.Le fonctionnementde ces dtecteurs de gazcombustibles dans diffrentstypes datmosphresest prsent, ainsi que les rgles respecter pour effectuerdes mesures fiables.De la fiabilit de ces mesures

dpend, en effet, la scuritdes personnes voluantdans les zones risquedexplosion.

Dtection pralable linterventiondans une citerne

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comparant cette rsistance avec celle dudeuxime filament, non enduit de catalyseur,qui sert de rfrence. Le signal dlivr par lecapteur est proportionnel la concentrationen gaz combustible, du moins tant que celle-ci nest pas trop leve. En effet, le signal passepar un maximum lorsque le mlange de gazcombustibles dans lair atteint la concentra-tion stchiomtrique(1) ; il diminue au-del,la concentration en oxygne devenant insuf-fisante pour permettre la combustion totale

du gaz. Pour cette raison, les explosimtresfonctionnant par oxydation catalytique nepeuvent tre utiliss que pour des concentra-tions ne dpassant pas la LIE.

Lorsque la concentration en gaz combustibledpasse la LIE, lutilisation dun appareil utili-sant la conductivit thermique du mlangegazeux est ncessaire. Un tel systme de d-tection donne directement la concentrationen gaz combustible et non le pourcentage parrapport la LIE.

Les deux principes de mesure peuvent tre

coupls dans certains appareils portables.La rponse dun explosimtre dpend dela nature des gaz prsents. Un appareil estcalibr pour un gaz donn (mthane parexemple). Rigoureusement, il ne peut alorstre utilis que pour la mesure de ce gaz. Ilest cependant possible de mesurer un autretype de gaz condition de corriger la valeurdonne par un facteur de conversion qui d-pend du gaz dtecter, du gaz de calibrageet de linstrument lui-mme. Les facteurs deconversion sont fournis par le fabricant (voir

figure 2).

T

On trouve sur le march trois grands typesdexplosimtres :

D ,parfois trs lgers,destins tre accrochs aux vtements detravail ou ports la ceinture ; ils peuventfonctionner soit par diffusion, et servent alors la protection des personnes, soit par aspi-

ration laide dune pompe, et peuvent alorstre utiliss pour contrler des locaux avantpntration ;

D -, parfois sous forme de balise, sur lesquelsil est souvent possible de raccorder plusieursttes de dtection afin de raliser temporai-rement la mesure de diffrents gaz, lors dunchantier par exemple ;

D constitues duneou de plusieurs ttes de dtection. Elles sontinstalles demeure dans des locaux ou surdes quipements.

U

Il est indispensable de respecter les spci-fications du fabricant pour ce qui est desconditions dutilisation de lexplosimtre(temprature, humidit, teneur en oxygne,pression...).

Le cas le plus favorable pour la ralisation demesures prcises est videmment celui olexplosimtre est utilis pour une atmos-phre contenant le gaz avec lequel il a tcalibr.

(1) La concentration stchiomtrique est celle pour la-quelle il y exactement la quantit doxygne ncessairepour brler le gaz ou la vapeur combustible.

Perled'oxyde fritt

CH4

O2

CO2

H2O

lments constitutifsde la cellule de dtection

Principe de fonctionnementpour la dtection de mthane (CH4)

Filde platine

Surfacecatalytique

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + chaleur

Filtre

Figure 1. Explosimtre oxydation catalytique :descriptionet fonctionnement

Figure 2. Sensibilit dun dtecteur oxydation catalytique pour diffrents types de gaz(exemple dun dtecteur calibr avec de lhexane)

Hydrogne

Mthane PentaneHexane

Propane n-Butane

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Valeur relle (% LIE)

Valeurlue(%L

IE)

100

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la mise en marche, certains appareils effec-tuent une remise zro automatique, il estdonc ncessaire de les mettre en marche dansune atmosphre non pollue ( lextrieur parexemple), pour viter un dcalage du zro.

Certains gaz ou vapeurs peuvent avoir desdensits trs diffrentes de lair. En atmos-phre calme, les gaz ou vapeurs plus densesque lair (vapeurs de solvants par exemple)

peuvent saccumuler dans les parties bassesalors que les gaz lgers (hydrogne ou m-thane par exemple) peuvent saccumulerdans les parties hautes. Il est ncessaire deprendre en compte ces phnomnes de stra-tification pour savoir o faire les mesures etdisposer correctement les capteurs.

Enfin, dans certains cas, les explosimtrespeuvent tre utiliss dans des zones ATEX (parexemple lors dune mesure dans un espaceconfin avant intervention). Par consquent,ils ne doivent pas prsenter de source din-flammation et, de ce fait, doivent tre certi-

fis comme du matriel ATEX (pour plus din-formations, voir la brochure Mise en uvre dela rglementation relative aux atmosphresexplosives(ATEX), rf. ED 945).

en prsence dun gazou dune vapeur pour lequellexplosimtre na pas t calibr

Pour obtenir une valuation prcise, il estncessaire dutiliser le facteur de correctiondonn par le fournisseur. La prcision seradautant meilleure que le facteur de correc-

tion est proche de 1.

Lorsquon cherche mesurer des vapeursprovenant dun solvant liquide tempra-ture ambiante, le calibrage avec le solvant enquestion est trs difficile ; on peut alors ra-liser ltalonnage avec un gaz (le pentane engnral) qui donne une rponse proche decelles des solvants.

Lutilisation dun explosimtre calibr avec lemthane est possible en prsence dautresgaz ou vapeurs condition que le seuildalarme soit fix une fraction de la LIE suf-

fisamment faible pour que lon soit sr dtrealert nettement en dessous de la LIE, mmeavec les vapeurs donnant la rponse la moinsbonne. Les explosimtres portables sont sou-vent utiliss de cette faon.

en prsence dun mlangede gaz ou de vapeurs

Les explosimtres ne sont gnralement pascalibrs pour de tels mlanges. Lorsquoncherche seulement sassurer quil ny a pasde risque dexplosion, il est prfrable quelappareil soit calibr avec celui des produits contrler auquel il est le moins sensible.Lindication fournie pour les gaz ou vapeursauxquels il est plus sensible sera alors sur-value, ce qui permet de garantir labsencedatmosphre explosive.

... en atmosphre chaude

De telles atmosphres se rencontrent en par-ticulier dans des tuves, des tunnels ou descabines de schage.

Laugmentation de la temprature entraneune diminution de la LIE et une augmenta-

tion de la LSE (voir figure 3). Ces variations nesont sensibles que pour des lvations rela-tivement importantes de la temprature, entout cas suprieures aux fluctuations de latemprature ambiante.

La mesure dans des atmosphres chaudespose des difficults:

la cellule de mesure ne peut tre placedans la zone chaude qu condition de respec-ter les spcifications du fabricant ;

laspiration et le refroidissement des gazchauds prlevs conduiront, dans de nom-

breux cas, des problmes de condensationdes vapeurs avant la mesure ;

labaissement de la LIE tempratureleve doit tre pris en compte dans certainscas ;

lintroduction dun appareil froid dans unlocal chauff peut galement entraner lacondensation de vapeur deau au niveau dela sonde de prlvement ou du capteur etcauser une perturbation de la mesure.

... en atmosphre appauvrie ou

enrichie en oxygneLorsque diminue la quantit doxygne dansun mlange dair et de gaz ou de vapeurscombustibles, le domaine dinflammabilitest rduit (la LIE augmente et la LSE diminue).

Figure 3. Domaine dinflammabilit de lessence (chelles non proportionnelles)

Mlange

explosif

Mlange

trop riche

Mlange

trop pauvre

100 %

essence

LaLIEou limite infrieure d'explosivit d'un gaz ou d'une vapeur est la concentrationminimale en volume dans l'air au-dessus de laquelle il peut tre enflamm.LaLSEou limite suprieure d'explosivit d'un gaz ou d'une vapeur est la concentrationmaximale en volume dans l'air au-dessous de laquelle il peut tre enflamm.

0 %

essence

100 % air 0 % air

LIE1,4% LSE7,6%

Dfinitions

En dessous dune certaine teneur en oxy-gne, propre chaque produit combustible,linflammation devient impossible. Le fonc-tionnement des explosimtres oxydationcatalytique ncessite la prsence doxygne.En dessous dune certaine quantit (en gn-ral, environ 15 %), le fonctionnement de lap-

pareil est perturb.

Lorsque latmosphre est enrichie en oxy-gne, la LIE nest quasiment pas modifiealors que la LSE augmente de faon impor-tante, linflammation du mlange gazeux estfacilite car elle demande moins dnergie.Une augmentation de la teneur en oxygnede plus de quelques pour cent perturbe lefonctionnement des explosimtres.

Dans le cas de la prsence potentielle dat-mosphres appauvries ou enrichies en oxy-gne, lutilisation dun appareil couplant un

explosimtre et un oxygnomtre permettraune meilleure valuation du risque.

... en prsence de certainessubstances chimiques

La rponse des cellules catalytiques peut trediminue ou compltement supprime parcertaines substances poison du catalyseurcomme les drivs du plomb, du soufre et dupotassium, les silicones, les hydrocarbureschlors ainsi que les produits de dcomposi-tion de certains plastiques (polychlorure de

vinyle, polychloroprne).Dans le cas particulier des produits base desilicone, la sensibilit des dtecteurs peut trediminue pour le mthane sans que la sensi-bilit aux autres gaz et vapeurs combustibles

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Institut national de recherche et de scurit pour la prvention des accidents du travail et des maladies professionnelles

65, boulevard Richard-Lenoir 75011 Paris Tl. 01 40 44 30 00 www.inrs.fr info@inrs.fr

F ED 116 2edition novembre 2014 3 000 ex. Mise en pages : Atelier Causse

Auteurs : Bruno Courtois, Florian Marc, Benot Sall.Infographies : Atelier Causse

ne soit affecte. Cela peut avoir des cons-quences graves lorsquon cherche dtecterdu mthane avec un dtecteur calibr oucontrl avec un autre gaz.

Des dpts de poussires ou de liquides malretenus par le filtre de la cellule peuvent ga-lement perturber le fonctionnement de lacellule de mesure.

Un contrle priodique du calibrage permetde vrifier que le fonctionnement de la cellulena pas t altr.

S

Le choix et le rglage des seuils dalarmeconstituent un point crucial pour la dtectionde gaz combustibles. chaque seuil dalarmedoivent imprativement tre associes desconsignes claires et prcises devant tremises en uvre par les oprateurs concerns

lorsque lalarme se dclenche. Une analysedes risques pour chaque situation doit per-mettre de dfinir les seuils dalarme et lesconsignes qui en dcoulent.

Par exemple, un premier seuil peut tre as-soci une consigne darrt de lactivit encours, une recherche des causes de laug-mentation de la concentration en gaz ou va-peurs combustibles et la rsolution du pro-blme. Un deuxime seuil, plus lev, peuttre associ une consigne darrt de touteactivit, de mise en scurit de linstallationet dvacuation de la zone.

La circulaire du 9 mai 1985(2)prconise que laconcentration en gaz ou vapeurs combusti-bles ne dpasse pas 10 % de la LIE si des per-

sonnes sont prsentes et 25 % de la LIE dans lecas contraire. Ces deux valeurs peuvent servirde base aux deux seuils dalarme voqus ci-dessus.

E

Pour assurer le fonctionnement correct desexplosimtres, il est ncessaire :

dassurer leur maintenanceconformmentaux instructions figurant dans la notice dufabricant ;

de vrifier priodiquement leur fonc-tionnementau moyen dun gaz talon ;Il peut tre utile deffectuer cette vrificationquotidiennement en utilisant un mlangedont la concentration en gaz combustible estau-dessus du seuil dalarme. Ceci permet no-tamment de contrler le temps de rponse etles seuils de dclenchement.

Lorsquun explosimtre est calibr avec ungaz autre que le mthane, un test de la r-ponse avec un mlange contenant du m-thane permettra de dtecter un dbut dem-poisonnement du capteur.

de les faire entretenir et calibrer chaquefois que ncessaire par des personnes com-ptentes ou par le fabricant qui disposent desmatriels ncessaires.

Dune faon gnrale, lentretien de lappareilest destin :

maintenir en tat de fonctionnement la

cellule de mesure (en remplaant priodique-ment le filtre qui la protge) et le systme deprlvement par aspiration des mlanges ga-zeux lorsquil existe ;

assurer lappareil une alimentation lec-trique convenable (contrle et changementdes piles ou rechargement des batteries pourles appareils portatifs et portables).

N

NF EN 50270(Fvrier 2007) (et PRNF EN 50270 aot 2013, projet)Compatibilit lectromagntique - Ap-pareils de dtection et de mesure de gazcombustible, de gaz toxique et doxy-gne

NF EN 50271(Aot 2010)Appareils lectriques de dtection et demesure des gaz combustibles, des gaztoxiques ou de loxygne - Exigenceset essais pour les appareils utilisant unlogiciel et/ou des technologies numri-ques

NF EN 50402(Dcembre 2005) etNF EN 50402/A1(Juillet 2008, additif)Matriel lectrique pour la dtection etla mesure des gaz ou vapeurs combus-tibles ou toxiques, ou de loxygne - Exi-gences relatives la fonction de scuritdes systmes fixes de dtection de gaz

NF EN 60079-29-1(Septembre2008)Atmosphres explosives - Partie 29-1 :dtecteurs de gaz - Exigences daptitude la fonction des dtecteurs de gaz in-flammables

NF EN 60079-29-2(Septembre2008)Atmosphres explosives - Partie 29-2 :dtecteurs de gaz - Slection, installa-tion, utilisation et maintenance des d-

tecteurs de gaz inflammables et doxy-gne

PR NF EN 60079-29-3(Janvier 2013,projet)Atmosphres explosives - Partie 29-3 :dtecteurs de gaz - Recommandationsrelatives la scurit fonctionnelle dessystmes fixes de dtection de gaz

NF EN 60079-29-4(Juin 2010)Atmosphres explosives - Partie 29-4 :dtecteurs de gaz - Exigences daptitude la fonction des dtecteurs de gaz in-

flammables chemin ouvert

(2) Circulaire du 9 mai 1985 relatif au commentaire tech-nique des dcrets 84-1093 et 84-1094 du 7 dcembre1984 concernant laration et lassainissement des lieuxde travail.