Module 2 / 4 · Sommaire complet
2.1 Modèles de dispersion et calcul du Volume Vz
Savoir identifier une source de dégagement est nécessaire, mais insuffisant. L'expert doit aussi dimensionner l'étendue de la zone qui en résulte. C'est l'objet du volume hypothétique Vz — l'outil central de la norme EN 60079-10-1 pour quantifier la taille de la zone dangereuse.
Le volume hypothétique Vz : définition et intuition physique
Le volume hypothétique Vz est le volume fictif autour d'une source dans lequel la concentration moyenne en gaz dépasse une fraction choisie de la LIE (le facteur k : typiquement 25 % ou 50 % de la LIE), si le mélange y était parfaitement homogène. Ce n'est pas un volume physique réel, et encore moins une distance : c'est un indicateur qui sert à comparer la capacité de dilution disponible au débit de la fuite. Il apparaît dans l'édition 2015 de la norme ; l'édition 2020 l'a largement remplacé par la caractéristique de dégagement et la concentration de fond (voir plus bas).
La chaîne de calcul Vz
Le calcul se déroule en deux étapes. D'abord, on calcule le débit d'air frais minimal nécessaire pour maintenir la concentration sous la LIE. Ensuite, on en déduit le volume équivalent en fonction du renouvellement d'air réel.
dV/dtmin = Wg / (k · LIEm · 293/T)
- Wg : débit massique de dégagement (kg/s)
- k : coefficient de sécurité (0,25 à 0,5) appliqué à la LIE
- LIEm : concentration LIE en kg/m³ à T ambiante
- T : température ambiante (K)
Vz = f · dV/dtmin / C
- C : taux de renouvellement d'air (nombre de renouvellements par seconde) — C = Qair / Vlocal
- f : facteur d'inefficacité de ventilation, le paramètre que tout le monde oublie. f = 1 quand le mélange est homogène et la reprise d'air éloignée de la fuite ; f monte à 1,5 pour un brassage médiocre et jusqu'à 5 pour un brassage très mauvais (local encombré, recirculation, bouches mal placées). Un f de 5 multiplie Vz par 5 : c'est souvent lui qui fait basculer un local entier en zone.
Comment lire un Vz
- Très petit volume inflammable — l'édition 2020 retient comme exemple de zone NE un nuage à 50 % de la LIE dont le volume est inférieur à 0,1 m³ ou 1 % du volume considéré, la plus petite des deux valeurs.
- Vz du même ordre que le local — la dilution ne suit pas le dégagement : c'est le signal d'une ventilation à revoir.
- Vz > Vlocal — aucune dilution significative : tout le local doit être classé au degré de la source.
Le facteur k : Coefficient de sécurité sur la LIE
Le facteur k (entre 0 et 1) représente la fraction de la LIE en dessous de laquelle on souhaite maintenir la concentration. Son choix reflète le niveau de confiance dans le modèle de mélange utilisé.
Mélange uniforme supposé dans tout le volume. Applicable quand la ventilation est bien maîtrisée et le volume bien délimité.
Mélange imparfait, zones de stagnation possibles. Recommandé pour les locaux encombrés ou à ventilation naturelle incertaine.
Le facteur k a été retiré du calcul de la caractéristique de dégagement utilisée dans le nomogramme : l'approche est moins conservative, et c'est désormais à vous d'introduire et de justifier vos coefficients de sécurité.
Degré de dilution et disponibilité : les deux entrées du classement
Le type de zone ne dépend que de trois paramètres : le degré de dégagement, le degré de dilution et la disponibilité de la ventilation. Depuis l'édition 2015, la norme parle de « dilution » et non plus de « degré de ventilation » : le changement de vocabulaire n'est pas cosmétique, il déplace l'attention du débit d'air soufflé vers le résultat réellement obtenu autour de la source.
Paramètre 1
Degré de dégagement
Continu / Primaire / Secondaire
Donne la « zone de base » (0, 1 ou 2).
Paramètre 2
Degré de dilution
Fort / Moyen / Faible
Capacité réelle à faire retomber la concentration près de la source.
Paramètre 3
Disponibilité de la ventilation
Bonne / Assez bonne / Médiocre
Probabilité que la ventilation fonctionne au moment de la fuite.
Les trois degrés de dilution, tels que la norme les définit
| Dilution | Définition normative | Ce que vous observez sur le terrain |
|---|---|---|
| Forte | La concentration près de la source décroît rapidement et il ne subsiste pratiquement aucune persistance après l'arrêt du dégagement. | Extérieur dégagé, jet libre, extraction locale efficace. C'est la seule configuration qui peut conduire à une zone d'étendue négligeable (NE). |
| Moyenne | La concentration est maîtrisée, la frontière de zone est stable pendant le dégagement, et l'atmosphère explosive ne persiste pas indûment après l'arrêt. | Cas le plus fréquent : local ventilé correctement, ou extérieur quand les conditions de dilution forte ne sont pas réunies. |
| Faible | Concentration significative pendant le dégagement et/ou persistance significative de l'atmosphère explosive après l'arrêt. | Locaux fermés peu ventilés, fosses, puisards, caissons. La norme précise qu'une dilution faible ne se rencontre normalement pas en plein air — mais qu'une fosse s'analyse comme un espace fermé. |
Comment la norme fait dire « fort / moyen / faible »
L'édition 2020 fournit un abaque (figure C.1) qui croise la caractéristique volumique de dégagement de la source et la vitesse d'air retenue :
QC = Wg / (ρg × LIE)
Les deux courbes de séparation de l'abaque ont un sens physique précis : la frontière dilution forte / moyenne correspond à un volume inflammable de 0,1 m³, et la frontière moyenne / faible à un volume d'environ 100 m³. L'abaque ne contient aucun coefficient de sécurité : c'est à vous d'en ajouter un et de le justifier.
La voie « concentration de fond » (Xb)
En local, la dilution peut aussi s'évaluer par la concentration moyenne de fond, hors panache :
Xb = f · Qg / (Qg + Q1)
Avec le même facteur d'inefficacité f (1 à 5). Le critère est net : si Xb dépasse 25 % de la LIE, la dilution doit être considérée comme faible. Corollaire souvent oublié : une concentration de fond basse ne rend pas tout le local sûr — la zone autour de la source subsiste, exactement comme en plein air.
Les trois niveaux de disponibilité (et les pièges de qualification)
| Disponibilité | Définition normative |
|---|---|
| Bonne | La ventilation est présente pratiquement en permanence. |
| Assez bonne | La ventilation est présente en fonctionnement normal ; des discontinuités sont admises à condition d'être rares et brèves. |
| Médiocre | Ne satisfait ni « bonne » ni « assez bonne », mais les interruptions ne sont pas attendues sur de longues périodes. |
Quatre règles de qualification à connaître par cœur
Une ventilation naturelle en intérieur ne peut jamais être qualifiée de « bonne ». Elle dépend trop du vent et de l'écart de température ; au mieux « assez bonne », et seulement si le scénario défavorable a été retenu dans le calcul.
Une ventilation artificielle dédiée à l'emplacement est généralement « bonne », parce qu'elle embarque des moyens techniques de fiabilisation (détection de débit, secours, report d'alarme).
Une ventilation qui n'atteint même pas le niveau « médiocre » ne compte pas du tout : on la retire du raisonnement et l'on applique une dilution faible.
En extérieur, un jet se dilue quel que soit le vent : la dispersion se traite comme l'équivalent d'une disponibilité « bonne » en intérieur.
Le tableau de croisement : 21 combinaisons, et une asymétrie à comprendre
Le croisement final est donné par le tableau D.1 de la norme : 3 degrés de dégagement × (3 disponibilités en dilution forte, 3 en dilution moyenne, 1 en dilution faible) = 21 combinaisons. Notez l'asymétrie : en dilution faible, la disponibilité ne joue plus aucun rôle — une ventilation même très fiable ne rattrape pas une dilution insuffisante, et le classement devient plus sévère que la zone de base (typiquement Zone 1, voire Zone 0, là où l'on attendait une Zone 2). À l'inverse, une dilution forte peut alléger le classement, et c'est la seule qui ouvre la porte à une zone d'étendue négligeable. Le tableau lui-même relève du droit d'auteur de la CEI : reportez-vous à l'édition en vigueur de la norme pour lire chaque cellule, et ne travaillez jamais sur une version recopiée sur Internet.
Évolutions majeures de l'édition 2020 de l'EN 60079-10-1
La version 2020 a introduit plusieurs ruptures méthodologiques importantes. Tout évaluateur appliquant encore la version 2015 risque de produire des études non conformes.
| Paramètre | Version 2015 | Version 2020 | Conséquence pour l'expert |
|---|---|---|---|
| Vitesse air minimale | 0,05 m/s par défaut | Supprimée | Analyse fine de la ventilation naturelle obligatoire. On ne peut plus utiliser 0,05 m/s sans démonstration. |
| Zone NE (étendue négligeable) | Critère de volume (Vz < 0,1 m³) | Définition élargie et encadrée par la pression | Volume < 0,1 m³ ou 1 % du volume considéré (le plus petit), à 50 % de la LIE. Conditions supplémentaires au-delà de 10 barg, évaluation de risque détaillée et documentée exigée au-delà de 20 barg. |
| Facteur de sécurité k | Inclus dans le calcul de la caractéristique de dégagement (figure D.1) | Retiré de ce calcul | Approche moins conservative : l'expert doit introduire et justifier ses propres marges, notamment sur le débit de fuite retenu. |
| Nomogramme de distances (figure D.1) | Usage large | Plus applicable en milieu fermé à dilution faible ou moyenne | En local mal dilué, le nomogramme ne suffit plus : il faut passer par la concentration de fond, un modèle de jet ou une CFD. La distance minimale affichée par le nomogramme est par ailleurs de 1 m. |
| Équations de calcul | Édition 2015 | Révisées | Les équations de débit d'air (C.2 à C.6) ont été revues et l'équation d'évaporation d'une flaque corrigée : une étude reprise d'un ancien tableur peut être fausse. |
Auto-contrôle
Application directe des concepts du chapitre.
Calcul Vz
Vous calculez un débit d'air minimal de dilution de 0,02 m³/s pour une source secondaire dans un local avec 2 renouvellements d'air par heure (soit C = 2/3600 = 0,000555 s⁻¹). En supposant un brassage idéal (f = 1), quel est Vz et quelle conclusion en tirez-vous ?
Édition 2020 — Vitesse minimale
Pour calculer la ventilation naturelle d'un local, vous appliquez la vitesse par défaut de 0,05 m/s (telle qu'elle figurait dans l'édition 2015). Est-ce conforme à l'édition 2020 ?
Ce qu'il faut retenir
Vz = f · dV/dtmin / C : plus le renouvellement est élevé, plus Vz est petit — mais le facteur d'inefficacité f (1 à 5) peut tout annuler. Si Vz dépasse le volume du local, toute la pièce est en zone.
Le facteur k est un choix d'ingénierie que vous devez justifier. Un k trop élevé peut sous-estimer dangereusement le volume de zone.
21 combinaisons, une asymétrie : en dilution faible, la disponibilité ne compte plus et le classement devient plus sévère que la zone de base. Seule une dilution forte permet d'alléger le classement, et seule elle ouvre la zone NE.
Édition 2020 : plus de vitesse d'air par défaut de 0,05 m/s, facteur k retiré de la caractéristique de dégagement, nomogramme inapplicable en local à dilution faible ou moyenne, zone NE encadrée par la pression (10 et 20 barg).
Sources de ce chapitre
- CEI 60079-10-1:2020 (édition 3) / EN IEC 60079-10-1:2021 — § 4.4.2 (zone NE), § C.3.5 (degrés de dilution et figure C.1), § C.3.6.2 (concentration de fond Xb et facteur d'inefficacité f), § C.3.7 (disponibilité), annexe D (tableau D.1 et nomogramme).
- Comparaison des éditions 2015 et 2020 : suppression de la vitesse d'air minimale de 0,05 m/s en intérieur, retrait du facteur k de la caractéristique de dégagement, révision des équations C.2 à C.6, correction de l'équation d'évaporation, distance minimale de 1 m au nomogramme, nomogramme non applicable en milieu fermé à dilution faible ou moyenne.
- Code du travail, article R4227-50 (subdivision en zones). Légifrance
Référent ATEX Expert
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