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Nancy, le 13 juin 2016

FNRJ160158 BUEI/NT/16/00806/V2

SNC LAVALIN

PROJET DE SILOS DE

MONTOIR DE BRETAGNE

CALCULS DE SURFACES D"EVENT ET

D"EFFETS LIÉS A UNE EXPLOSION

B

USINESS UNIT

E

NERGY AND INDUSTRY ORGANISME EMETTEUR

Bureau de Nancy

Immeuble Thiers, 4 rue Piroux

54048 NANCY cedex

Tél. : 03 83 18 50 60

CLASSIFICATION Marché ou contrat

Secret militaire Secret industriel Numéro du marché ou du contrat Organisme client

NC NC 2016000897 du 28/04/16 SNC Lavalin

Contractuel Lot Poste Programme Code

OUI - - - -

TITRE : Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

Identification du document Nombre de pages

APSYS : FNRJ160158 BUEI/NT/16/00806 Texte Planche Annexe (client) : - 41 - 1 annexe

Date :

13/06/2016 Réf. du fichier :

FNRJ160158_SNC_Lavalin_silo_Montoir Notion d"indexage :

SNC LAVALIN

Montoir

silo

Résumé d"auteur :

L"objet de ce document est de déterminer les surfaces d"évent nécessaires et d"évaluer les scénarios

d"accident liés à des cas d"explosions éventuelles dans les silos en projet sur le site de Montoir de

Bretagne. Ce projet comprend 2 variantes : silos réalisés en béton ou silos métalliques

Auteur(s)

N.GAULIER

13/06/2016 Vérificateur

J.P. BLANCHARD

13/06/2016 Vérificateur

J.P. BLANCHARD

13/06/2016

SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

Juin 2016 Page 3

Sommaire

1. INTRODUCTION ................................................................................................................................................ 4

2. CARACTERISTIQUES DES INSTALLATIONS ................................................................................................. 5

3. CALCULS DE SURFACES D"EVENT .............................................................................................................. 14

3.1. VALEURS D"EXPLOSIVITE A PRENDRE EN COMPTE ........................................................................ 14

3.2. PRESSION D"OUVERTURE DES SURFACES D"EVENT ...................................................................... 15

3.3. SILOS BETON ........................................................................................................................................ 16

3.3.1 Cellules béton................................................................................................................................. 16

3.3.2 As de carreau béton ....................................................................................................................... 18

3.3.3 Tours bétons .................................................................................................................................. 19

3.3.4 Volume sous cellule béton ............................................................................................................ 21

3.3.5 Galeries sur cellules béton ........................................................................................................... 22

3.4. SILOS METALLIQUES ............................................................................................................................ 23

3.4.1 Cellules métalliques....................................................................................................................... 23

3.4.2 Tours métalliques .......................................................................................................................... 24

3.4.3 Volume sous cellules métalliques ................................................................................................ 25

3.4.4 Galeries sur cellules métalliques ................................................................................................. 26

3.5. FOSSE DE RECEPTION TRAINS .......................................................................................................... 27

3.6. FOSSE DE RECEPTION CAMIONS ....................................................................................................... 28

4. DISTANCES D"EFFETS LIEES A DES EXPLOSIONS DE POUSSIERES ..................................................... 29

4.1. SURPRESSIONS .................................................................................................................................... 29

4.1.1 Méthode d"évaluation des surpressions ...................................................................................... 29

4.1.2 Résultats ......................................................................................................................................... 35

4.2. EFFONDREMENT .................................................................................................................................. 37

4.2.1 Méthodologie .................................................................................................................................. 37

4.2.2 Résultats ......................................................................................................................................... 37

4.3. PROJECTIONS ....................................................................................................................................... 38

4.3.1 Méthodologie .................................................................................................................................. 38

4.3.2 Résultats ......................................................................................................................................... 38

5. CONCLUSION .................................................................................................................................................. 41

SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

Juin 2016 Page 4

1. INTRODUCTION

SNC Lavalin est en charge de la réalisation de silos en projet à Montoir de Bretagne.

Dans le cadre de cette étude, SNC Lavalin souhaite étudier les surfaces d"évent nécessaires et les effets

liés à une explosion au niveau de ces silos.

Cette étude fait l"objet du présent document réalisé par APSYS à la demande de SNC Lavalin.

Il a été élaboré à partir des données fournies par SNC Lavalin. SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

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2. CARACTERISTIQUES DES INSTALLATIONS

Ce chapitre a été élaboré sur base des plans des silos joints aux pages suivantes.

Ce projet comprend 2 variantes : 2 silos réalisés en béton ou 2 silos métalliques. Les caractéristiques des

cellules, des tours, des salles sous et sur cellules des silos sont reprises dans les tableaux suivants.

Caractéristiques du bloc

cellules

Solution silo béton

(caractéristiques par silo)

Solution silo métallique

(caractéristiques par silo) Forme des cellules Cylindrique sur musoir suspendu de forme conique Parallélépipédique sur musoir suspendu de forme tronconique Hauteurs cellules Sommet des voiles de stockage par rapport au sol : 37 m

Fut : 29 m, cône : 6 m

Hauteur niveau haut cône : ~ 7,8 m,

Hauteur niveau bas cône : ~ 2,3 m

Hauteur fût as : 25 m

Hauteur cône : 5,5 m Sommet des parois de stockage par rapport au sol : 30 m

Fut : 22 à 26 m, cône : 6,5 m

Hauteur sup. cône : 8,9 m, Hauteur inf.

cône : ~ 2,5 m

Diamètre ou L x l intérieur

cellules Ø 13 m L x l = 12,7 x 12,7 m Murs Béton armé épaisseur 0,24 m Tôle forte profil oméga Couverture Couverture résistante type béton et peu résistante type bacs acier avec complexe d"étanchéité Couverture métallique résistante type platelage métallique et peu résistante type bacs acier L x l hors tout silo ~ 150 m x 26 m ~ 144 m x 25 m

Nombre de cellules 20 cellules 20 cellules

As de carreau utilisés 5 + un demi as dans la hauteur (demi surface d"un as) -

Volume unitaire en eau

d"une capacité de stockage Cellule 4 114 m3 (fût 3 849 m3 + cône : 265 m3)

As de carreau : 859 m3

(fût 800 m3 + cône : 59 m3)

Demi as : 405 m3 Cellule 4 338 m3

(fût 3 990 m3 + cône 349 m3) Volume sous cellules Salle sous cellules formée par le prolongement des voiles béton de cellules sous musoirs, volume sous une cellule :

792 m3 Salle sous cellules avec bardages en

façade. Volume sous cellule :

21 729 m3

Volume sur cellules Galerie sur cellules

L x l x H = 135 x 8,5 x 5,7 m soit 6 540 m3 Galerie sur cellules

L x l x H = 128,5 x 8,8 x 6 m soit 6 780 m3

Caractéristiques de la

tour Solution silo béton Solution silo métallique Etages Fosse élévateurs, RDC + 7 étages Fosse élévateurs, RDC + 7 étages Hauteur Hauteur maxi par rapport au sol : 49,1 m Hauteur maxi par rapport au sol : 49,1 m Dimensions au sol (L x l) 20,2 x 16,7 m 20,2 x 16,5 m

Dispositions constructives murs béton armé, planchers béton (hors RDC : caillebotis) Ossature charpente métallique + bacs et bardages acier, planchers tôles type tôles larmées, (hors RDC : caillebotis)

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NB : Les fosses d"élévateurs (niveaux -1) et RDC sont des volumes distincts mais en totale communication

dans la mesure où le plancher du RDC est ajouré (caillebotis). Caractéristiques des niveaux des tours solution béton (dimensions intérieures)

Niveau Hauteur (m) Longueur maxi

(m)

Largeur

maxi (m)

Volume intérieur libre (hors

vol. escalier ascens.) (m3) - 1 (fosse élévateurs) 10 15 10,2 1 530

Galerie sous fosses

vrac camions 4 17,5 5 270

0 (RDC) 6 20,2 15 1 350

+ 1 6 10,2 15 870 + 2 8 10,2 15 1 160 + 3 7 10,2 15 1 015 +4 6 10,2 15 870 +5 5,5 10,2 15 797 +6 7 10,2 15 1 015 +7 3,6 10,2 15 522 Caractéristiques des niveaux des tours solution métallique (dimensions intérieures) Niveau Hauteur (m) Longueur (m) Largeur (m) Volume intérieur libre (hors vol. escalier ascens.) (m3) - 1 (fosse élévateurs) 10 15 10,2 1 530

Galerie sous fosses

vrac camions 4 17,5 5 270

0 (RDC) 6 20,2 15 1 338

+ 1 6 15 10,2 870 + 2 8 15 10,2 1 404 + 3 7 15 10,2 1 015 +4 4 15 10,2 580 +5 4 15 10,2 580 +6 7 15 10,2 1 015 +7 4,1 à 7,1 15 10,2 813 SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion Juin 2016 Page 7 Coupe longitudinale silo béton (sans échelle)

Plan masse silo béton (sans échelle)

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Plans en coupe latérale (sans échelle)

SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion Juin 2016 Page 9 Plans masse coupe longitudinale silo métal (sans échelle) SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion Juin 2016 Page 10

Plans coupes latérales silo métallique

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Plans masse fosse réception trains (sans échelle) SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

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Plans coupe réception camions (sans échelle) (NB : cas silo métallique mais identique avec cas silo béton)

Cloison de

Découplage

à créer

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3. CALCULS DE SURFACES D"EVENT

3.1. VALEURS D"EXPLOSIVITE A PRENDRE EN COMPTE

Les silos stockeront tous types de grains courants. Le guide Etat de l"art sur les silos apporte des indications

sur les valeurs d"explosivité pouvant être prises en compte pour ce type de produit. Tableau des valeurs d"explosivité (source : guide état de l"art sur les silos)

Le guide de l"état de l"art indique par ailleurs une synthèse des plages de valeurs en page 5 avec des valeurs

de Kst allant de 20 à 120 et des valeurs de Pmax allant de 5 à 9.

Toutefois pour les calculs de surface d"évent la seule valeur de Kst n"est pas suffisante et doit être assortie

de la valeur de Pmax mesurée lors de l"essai, sans quoi le calcul n"est pas possible. C"est en effet le couple

Kst - valeur de Pmax qui permet d"effectuer les calculs de surface d"évent et de surpression maximale

atteinte. Ainsi par exemple, on ne peut pas prendre en compte arbitrairement les valeurs maximales de Kst

120 et Pmax 9. Le texte du guide de 2008 ne fait pas référence aux valeurs exactes issues des tests, et ne

permet pas de trouver explicitement les tests Kst Pred (il s"agit d"une synthèse).

Les valeurs issues du BIA pour le blé ont été recherchées précisément. La valeur de Kst 120 est associée à

la valeur de Pmax de 7,5. Un calcul de surface d"évent a été effectué pour ces différents couples de Kst et

Pmax. Les valeurs de Kst 112 et Pmax 9,3 donnent pour résultat les surfaces d"évent les plus élevées pour

des hypothèses équivalentes. Il s"agit donc bien des valeurs les plus majorantes. En conséquence les valeurs d"explosivité retenues sont celles du blé : Kst : 112 bar . m/s Pmax : 9,3 bar SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

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3.2. PRESSION D"OUVERTURE DES SURFACES D"EVENT

Les surfaces d"évent se composent :

de bacs acier en toiture dans le cas des toits de cellules, de la salle sur cellule de bardages acier dans le cas des parois de la salle sous cellules des silos métalliques de châssis vitrés ou plastique, de portes d"accès

de platelages métalliques posés dans le cas de la couverture de fosse d"élévateurs de la tour de

manutention et des sols de galeries sur cellules

Les châssis vitrés et plastique, portes sont de faible résistance car conçus pour s"ouvrir et du fait de leur

nature. Le bris de vitres correspond ainsi à une pression de 20 mbar (source : arrêté du 29 septembre 2005,

valeur d"effets sur les structures) à 50 mbar selon la nature des vitres.

Une valeur de 100 mbar sera retenue afin de rester dans le domaine de validité des normes de calcul de

surface d"évent. Les bacs acier de toiture ont une valeur de rupture choisie comme étant de 100 mbar.

Cette valeur est reprise dans le document INERIS DRA-11-127561-13591C du 23/12/11 " Détermination du

caractère soufflable à une explosion de poussières interne de quelques éléments de structure usuels

rencontrés dans les silos de stockage ». La valeur de 100 mbar sera prise en compte comme pression de rupture pour l"ensemble des surfaces

considérées comme soufflables de type châssis, portes, bardages, platelages métalliques sauf cas

particuliers tels que les bardages de salle sous cellules silo métallique qui n"ont pas de résistance importante

(~ 50 mbar). SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

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3.3. SILOS BETON

3.3.1 Cellules béton

3.3.1.1 Détermination de la contrainte de traction maximale admissible

En considérant un béton de résistance à la compression de 25 MPa, la résistance à la traction est de 2,1

MPa. Les parois des cellules ont un diamètre intérieur de 13 m et une épaisseur de 24 cm. La contrainte de traction s"exprime de la façon suivante : e

RP´=s

avec

σ : contrainte de traction

P : Pression dans la cellule

R : rayon de la cellule

e : épaisseur de la paroi béton

La contrainte de traction doit être inférieure à la contrainte correspondant au béton et donc :

R eP´=s

Soit une valeur de P

resist de 775 mbar. La pression maximale admissible en cellules reprendra ces résultats dans la suite de l"étude. SNC Lavalin, projet Montoir de Bretagne FNRJ160158 - BUEI/NT/16/00806 Calculs de surfaces d"évent et d"effets liés à une explosion

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3.3.1.2 Pression résiduelle maximale en cellule en cas d"explosion

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