Dimensionnement des zones : Outils, Calculs et Limites
Module 2 / 4
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 défini par la norme EN 60079-10-1 comme le volume fictif autour d'une source dans lequel la concentration moyenne en gaz dépasserait la LIE, si le mélange était parfaitement homogène. Ce n'est pas un volume physique réel, mais un outil de comparaison.
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 = dV/dtmin / C
- C : taux de renouvellement d'air effectif (nombre de renouvellements/s)
- C dépend du débit de ventilation et du volume du local
Interprétation du résultat Vz
| Vz obtenu | Interprétation |
|---|---|
| < 0,1 m³ | Zone NE (étendue négligeable) |
| 0,1 à 1 m³ | Zone de petite étendue (~rayon < 0,5 m) |
| 1 à 10 m³ | Zone de moyenne étendue (~rayon 1-2 m) |
| > Vlocal | Tout le local est en zone ! |
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.
Cas extrêmes : gaz très léger (hydrogène) ou milieu très confiné. L'édition 2020 supprime la valeur par défaut imposée.
Les abaques de la norme et les 3 paramètres de ventilation
La norme EN 60079-10-1 fournit des abaques (tableaux croisés) qui permettent, à partir du degré de dégagement et de l'évaluation de la ventilation, de déterminer directement le type de zone. Ces abaques intègrent le croisement de trois paramètres.
Paramètre 1
Degré de dégagement
Continu / Primaire / Secondaire
Détermine le "niveau de base" de la zone.
Paramètre 2
Degré de ventilation
Fort / Moyen / Faible
Capacité réelle à diluer le gaz en dessous de la LIE.
Paramètre 3
Disponibilité de la ventilation
Bonne / Assez bonne / Médiocre
Fiabilité et continuité du système de ventilation.
Abaque de résultats — Degré Secondaire (Zone 2 comme base)
| Degré ventilation ↓ / Disponibilité → | Bonne | Assez bonne | Médiocre |
|---|---|---|---|
| Fort | Zone 2 NE Étendue négligeable |
Zone 2 NE Ou non classé |
Zone 2 |
| Moyen | Zone 2 | Zone 2 | Zone 1 |
| Faible | Zone 2 | Zone 1 | Zone 0 |
Le cas critique : Source secondaire + Ventilation médiocre = Zone 0
Cet abaque démontre qu'une source de faible degré (secondaire) combinée à une ventilation médiocre et faible peut produire une Zone 0 — la plus dangereuse. C'est souvent le cas dans des puisards, des fosses ou des locaux techniques sans ventilation, même avec de petites fuites.
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. |
| Pression > 10 bar | Pas de disposition spéciale | Évaluation spécifique requise | L'énergie cinétique des jets haute pression invalide les modèles Vz. Une étude dédiée (CFD ou modèle jet) est exigée. |
| Zone NE (étendue négligeable) | Applicable si Vz < 0,1 m³ | Interdite si P > 20 bar | Les déclassements automatiques NE pour les sources haute pression ne sont plus acceptables sans étude. |
| Facteur k | Inclus dans figure D.1 | Retiré de certains calculs | Certaines approches sont moins conservatrices mais exigent une justification explicite du choix de k. |
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). 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 = dV/dtmin / C : plus le renouvellement d'air est élevé, plus Vz est petit. 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.
Les abaques de la norme montrent qu'une source secondaire + ventilation médiocre + faible peut produire une Zone 0. Ne sous-estimez jamais les combinaisons défavorables.
Version 2020 : 0,05 m/s est supprimée, NE est interdite > 20 bar, pression > 10 bar = évaluation spécifique obligatoire.