Limite d’inflammabilité

Les mélanges de matériaux combustibles dispersés (tels que les combustibles gazeux ou vaporisés et certaines poussières) et d’oxygène dans l’air ne brûlent que si la concentration du combustible se situe dans des limites inférieures et supérieures bien définies déterminées expérimentalement, appelées limites d’ inflammabilité ou limites d’ explosivité . La combustion peut varier en violence de la déflagration à la détonation .

Les limites varient avec la température et la pression, mais sont normalement exprimées en pourcentage de volume à 25 °C et à la pression atmosphérique. Ces limites concernent à la fois la production et l’optimisation d’une explosion ou d’une combustion, comme dans un moteur, ou leur prévention, comme dans le cas d’explosions incontrôlées d’accumulations de gaz combustibles ou de poussières. L’obtention du meilleur mélange combustible ou explosif d’un carburant et d’air (la proportion Stoechiométrique ) est importante dans les moteurs à combustion interne tels que les moteurs à essence ou diesel .

L’ouvrage de référence standard est toujours celui élaboré par Michael George Zabetakis , un spécialiste de l’Ingénierie de la sécurité incendie , à l’aide d’un appareil développé par le Bureau of Mines des États-Unis .

La concentration la plus élevée d’un gaz ou d’une vapeur (pourcentage en volume dans l’air) au-dessus de laquelle une flamme ne se propagera pas en présence d’une source d’inflammation (arc, flamme ou chaleur). Les concentrations supérieures à la LSE sont « trop riches » pour être brûlées.

Violence de la combustion

La combustion peut varier en degré de violence. Une déflagration est une propagation d’une zone de combustion à une vitesse inférieure à la vitesse du son dans le milieu n’ayant pas réagi. Une détonation est une propagation d’une zone de combustion à une vitesse supérieure à la vitesse du son dans le milieu n’ayant pas réagi. Une explosion est l’éclatement ou la rupture d’une enceinte ou d’un conteneur en raison du développement d’une pression interne à partir d’une déflagration ou d’une détonation telle que définie dans la norme NFPA 69.

Limites

Limite inférieure d’inflammabilité

Limite inférieure d’inflammabilité (LIE) : La plus faible concentration (pourcentage) d’un gaz ou d’une vapeur dans l’air capable de produire un éclair de feu en présence d’une source d’inflammation (arc, flamme, chaleur). Le terme est considéré par de nombreux professionnels de la sécurité comme étant le même que le niveau explosif inférieur (LEL). À une concentration dans l’air inférieure à la LIE, les mélanges gazeux sont “trop ​​pauvres” pour brûler. Le gaz méthane a un LFL de 4,4 %. ^{[1] [2]} Si l’atmosphère contient moins de 4,4 % de méthane, une explosion ne peut pas se produire même si une source d’inflammation est présente. Du point de vue de la santé et de la sécurité, la concentration LIE est considérée comme immédiatement dangereuse pour la vie ou la santé (IDLH) , lorsqu’il n’existe pas de limite d’exposition plus stricte pour le gaz inflammable. ^[3]

La lecture en pourcentage sur les moniteurs d’air combustible ne doit pas être confondue avec les concentrations LIE. Les explosimètres conçus et étalonnés pour un gaz spécifique peuvent indiquer la concentration relative de l’atmosphère par rapport à la LIE, la LIE étant de 100 %. Une lecture LIE affichée de 5 % pour le méthane, par exemple, équivaudrait à 5 % multiplié par 4,4 %, soit environ 0,22 % de méthane en volume à 20 °C. Le contrôle du risque d’explosion est généralement obtenu par une ventilation naturelle ou mécanique suffisante, limiter la concentration des gaz ou vapeurs inflammables à un niveau maximal de 25 % de leur limite inférieure d’explosivité ou d’inflammabilité .

Limite supérieure d’inflammabilité

Limite supérieure d’inflammabilité (UFL) : concentration la plus élevée (pourcentage) d’un gaz ou d’une vapeur dans l’air capable de produire un éclair de feu en présence d’une source d’inflammation (arc, flamme, chaleur). Les concentrations supérieures à UFL ou UEL sont “trop ​​riches” pour brûler. Le fonctionnement au-dessus de l’UFL est généralement évité pour des raisons de sécurité, car une fuite d’air peut amener le mélange dans la plage de combustibilité.

Influence de la température, de la pression et de la composition

Les limites d’inflammabilité des mélanges de plusieurs gaz combustibles peuvent être calculées à l’aide de la règle de mélange de Le Chatelier pour les fractions volumiques combustibles x i {displaystyle x_{i}} :

L F L mix = 1 ∑ i x i L F L i {displaystyle LFL_{text{mix}}={frac {1}{sum _{i}{frac {x_{i}}{LFL_{i}}}}}}

et similaire pour l’UFL.

La température , la pression et la concentration de l’oxydant influencent également les limites d’inflammabilité. Une température ou une pression plus élevée, ainsi qu’une concentration plus élevée de l’oxydant (principalement de l’oxygène dans l’air), entraînent une LFL plus faible et une UFL plus élevée, d’où le mélange gazeux sera plus facile à exploser.

Habituellement, l’air atmosphérique fournit l’oxygène pour la combustion et les limites supposent la concentration normale d’oxygène dans l’air. Les atmosphères enrichies en oxygène améliorent la combustion, abaissent la LFL et augmentent l’UFL, et vice versa; une atmosphère dépourvue de comburant n’est ni inflammable ni explosive quelle que soit la concentration du combustible (à l’exception des gaz qui peuvent se décomposer énergétiquement même en l’absence de comburant, comme l’acétylène ). L’augmentation significative de la fraction de gaz inertes dans un mélange d’air, aux dépens de l’oxygène, augmente la LFL et diminue l’UFL.

Contrôle des atmosphères explosives

Gaz et vapeur

Le contrôle des concentrations de gaz et de vapeur en dehors des limites d’inflammabilité est une considération majeure en matière de sécurité et de santé au travail . Les méthodes utilisées pour contrôler la concentration d’un gaz ou d’une vapeur potentiellement explosifs comprennent l’utilisation de gaz de balayage, un gaz non réactif tel que l’azote ou l’ argon pour diluer le gaz explosif avant d’entrer en contact avec l’air. L’utilisation d’épurateurs ou de résines d’ adsorption pour éliminer les gaz explosifs avant leur rejet est également courante. Les gaz peuvent également être maintenus en toute sécurité à des concentrations supérieures à l’UEL, bien qu’une brèche dans le conteneur de stockage puisse entraîner des conditions explosives ou des incendies intenses .

Poussières

Les poussières ont également des limites d’explosion supérieures et inférieures, bien que les limites supérieures soient difficiles à mesurer et de peu d’importance pratique. Les limites inférieures d’inflammabilité pour de nombreux matériaux organiques se situent entre 10 et 50 g/m3, ce qui est bien supérieur aux limites fixées pour des raisons sanitaires, comme c’est le cas pour la LIE de nombreux gaz et vapeurs. Les nuages ​​de poussière de cette concentration sont difficiles à voir à plus d’une courte distance et n’existent normalement qu’à l’intérieur de l’équipement de traitement.

Les limites d’inflammabilité dépendent également de la taille des particules de poussière en cause et ne sont pas des propriétés intrinsèques du matériau. De plus, une concentration supérieure à la LIE peut être créée soudainement à partir d’accumulations de poussières déposées, de sorte qu’une gestion par surveillance de routine, comme c’est le cas pour les gaz et les vapeurs, n’a aucune valeur. La méthode préférée de gestion de la poussière combustible consiste à empêcher les accumulations de poussière déposée par l’enceinte de traitement, la ventilation et le nettoyage de surface. Cependant, des limites d’inflammabilité inférieures peuvent être pertinentes pour la conception de la centrale.

Liquides volatils

Les situations provoquées par l’évaporation de liquides inflammables dans le volume vide rempli d’air d’un conteneur peuvent être limitées par un volume de conteneur flexible ou en utilisant un fluide non miscible pour remplir le volume vide. Les camions-citernes hydrauliques utilisent le déplacement d’eau lors du remplissage d’un réservoir de pétrole. ^[4]

Exemples

Les limites d’inflammabilité/d’explosivité de certains gaz et vapeurs sont indiquées ci-dessous. Les concentrations sont données en pourcentage par volume d’air.

• Les liquides de classe IA avec un point d’éclair inférieur à 73 °F (23 °C) et un point d’ébullition inférieur à 100 °F (38 °C) ont un indice d’inflammabilité NFPA 704 de 4
• Liquides de classe IB avec un point d’éclair inférieur à 73 °F (23 °C) et un point d’ébullition égal ou supérieur à 100 °F (38 °C) et liquides de classe IC avec un point d’éclair égal ou supérieur à 73 °F (23 °C), mais moins de 100 °F (38 °C) ont un indice d’inflammabilité NFPA 704 de 3
• Liquides de classe II avec un point d’éclair égal ou supérieur à 100 °F (38 °C), mais inférieur à 140 °F (60 °C) et liquides de classe IIIA avec un point d’éclair égal ou supérieur à 140 °F (60 °C), mais moins de 200 °F (93 °C) ont un indice d’inflammabilité NFPA 704 de 2
• Les liquides de classe IIIB avec un point d’éclair égal ou supérieur à 200 °F (93 °C) ont un indice d’inflammabilité NFPA 704 de 1

Substance	Limite d’inflammabilité (%vol.)	Classe NFPA	Point d’éclair	Énergie minimale d’allumage (mJ) @ proportion dans l’air à laquelle atteint [a] [5]	Température d’auto-inflammation
Plus bas	Plus haut
Acétaldéhyde	4.0	57,0	IA	−39 °C	0,37	175 °C
Acide acétique (glacial)	4	19.9	II	39–43 °C	463 °C
Anhydride acétique	II	54 °C
Acétone	2.6–3	12.8–13	IB	−17 °C	1,15 à 4,5 %	465 °C, 485 °C [6]
Acétonitrile	IB	2 °C	524 °C
Chlorure d’acétyle	7.3	19	IB	5 °C	390 °C
Acétylène	2.5	100 [7]	IA	Gaz inflammable	0,017 à 8,5 % ; 0.0002 @ 40%, en oxygène pur	305 °C
Acroléine	2.8	31	IB	−26 °C	0,13
Acrylonitrile	3.0	17.0	IB	0 °C	0,16 à 9,0 %
Chlorure d’allyle	2.9	11.1	IB	−32 °C	0,77
Ammoniac	15	28	IIIB	11 °C	680	651 °C
Arsine	4.5–5.1 [8]	78	IA	Gaz inflammable
Benzène	1.2	7.8	IB	−11 °C	0,2 à 4,7 %	560°C
1,3-butadiène	2.0	12	IA	−85 °C	0,13 à 5,2 %
Butane , N-butane	1.6	8.4	IA	−60 °C	0,25 à 4,7 %	420–500 °C
Acétate de n-butyle , acétate de butyle	1–1,7 [6]	8–15	IB	24 °C	370 °C
2-Butanol	1.7	9.8	29 °C	405 °C
Isobutanol	1.7	10.9	22–27 °C	415 °C
N-Butanol	1.4 [6]	11.2	CI	35 °C	340 °C
Chlorure de N-butyle , 1-chlorobutane	1.8	10.1	IB	−6 °C	1.24
N-butylmercaptan	1.4 [9]	10.2	IB	2 °C	225 °C
Butyl méthyl cétone , 2-hexanone	1 [10]	8	CI	25 °C	423 °C
Butylène , 1-Butylène , 1-butène	1,98 [8]	9.65	IA	−80 °C
Le disulfure de carbone	1.0	50,0	IB	−30 °C	0,009 à 7,8 %	90 °C
Monoxyde de carbone	12 [8]	75	IA	−191 °C Gaz inflammable	609 °C
Monoxyde de chlore	IA	Gaz inflammable
1-chloro-1,1-difluoroéthane	6.2	17.9	IA	−65 °C Gaz inflammable
Cyanogène	6.0–6.6 [11]	32–42,6	IA	Gaz inflammable
Cyclobutane	1.8	11.1	IA	−63,9 °C [12]	426,7 °C
Cyclohexane	1.3	7.8–8	IB	−18 – −20 °C [13]	0,22 à 3,8 %	245 °C
Cyclohexanol	1	9	IIIA	68 °C	300 °C
Cyclohexanone	1–1.1	9–9.4	II	43,9–44 °C	420 ° C [14]
Cyclopentadiène [15]	IB	0 °C	0,67	640 °C
Cyclopentane	1,5–2	9.4	IB	−37 – −38,9 °C [16] [17]	0,54	361 °C
Cyclopropane	2.4	10.4	IA	−94,4 °C [18]	0,17 à 6,3 %	498 °C
Décane	0,8	5.4	II	46,1 °C	210 °C
Diborane	0,8	88	IA	−90 °C Gaz inflammable [19]	38 °C
O-dichlorobenzène , 1,2-dichlorobenzène	2 [20]	9	IIIA	65 °C	648 °C
1,1-dichloroéthane	6	11	IB	14 °C
1,2-dichloroéthane	6	16	IB	13 °C	413 °C
1,1-dichloroéthène	6.5	15.5	IA	−10 °C Gaz inflammable
Dichlorofluorométhane	54,7	Ininflammable , [21] −36,1 °C [22]	552 °C
Dichlorométhane , chlorure de méthylène	16	66	Ininflammable
Dichlorosilane	4–4.7	96	IA	−28 °C	0,015
Gas-oil	0,6	7.5	IIIA	>62 °C	210 °C
Diéthanolamine	2	13	IB	169 °C
Diéthylamine	1.8	10.1	IB	−23 – −26 °C	312 °C
Disulfure de diéthyle	1.2	II	38,9 °C [23]
L’éther diéthylique	1.9–2	36–48	IA	−45 °C	0,19 à 5,1 %	160–170 °C
Sulfure de diéthyle	IB	−10 °C [24]
1,1-difluoroéthane	3.7	18	IA	−81,1 °C [25]
1,1-difluoroéthylène	5.5	21.3	−126,1 °C [26]
Difluorométhane	14.4 [27]
Diisobutylcétone	1	6	49 °C
Éther diisopropylique	1	21	IB	−28 °C
Diméthylamine	2.8	14.4	IA	Gaz inflammable
1,1-diméthylhydrazine	IB
Sulfure de diméthyle	IA	−49 °C
Diméthylsulfoxyde	2.6–3	42	IIIB	88–95 °C	215 °C
1,4-dioxane	2	22	IB	12 °C
Épichlorhydrine	4	21	31 °C
Éthane	3 [8]	12–12.4	IA	Gaz inflammable, −135 °C	515 °C
Éthanol , alcool éthylique	3–3.3	19	IB	12,8 °C	365 °C
2-éthoxyéthanol	3	18	43 °C
Acétate de 2-éthoxyéthyle	2	8	56 °C
Acétate d’éthyle	2	12	IA	−4 °C	460°C
Éthylamine	3.5	14	IA	−17 °C
Éthylbenzène	1.0	7.1	15–20 °C
Éthylène	2.7	36	IA	0,07	490 °C
Éthylène glycol	3	22	111 °C
Oxyde d’éthylène	3	100	IA	−20 °C
Chlorure d’éthyle	3.8 [8]	15.4	IA	−50 °C
Éthylmercaptan	IA
Fioul N°1	0,7 [8]	5
Furane	2	14	IA	−36 °C
Essence ( indice d’octane 100 )	1.4	7.6	IB	< −40 °C	246–280 °C
Glycérol	3	19	199 °C
Heptane , n-heptane	1.05	6.7	−4 °C	0,24 à 3,4 %	204–215 °C
Hexane , n-hexane	1.1	7.5	−22 °C	0,24 à 3,8 %	225 °C, 233 °C [6]
Hydrogène	4/18.3 [28]	75/59	IA	Gaz inflammable	0,016 à 28 % ; 0,0012, en oxygène pur	500–571 °C
Sulfure d’hydrogène	4.3	46	IA	Gaz inflammable	0,068
Isobutane	1.8 [8]	9.6	IA	Gaz inflammable	462 °C
Alcool isobutylique	2	11	28 °C
Isophorone	1	4	84 °C
Alcool isopropylique , isopropanol	2 [8]	12	IB	12 °C	398–399 °C ; 425 ° C [6]
Chlorure d’isopropyle	IA
Jet de kérosène A-1	0,6–0,7	4.9–5	II	>38 °C, comme carburéacteur	210 °C
hydrure de lithium	IA
2-mercaptoéthanol	IIIA
Méthane (gaz naturel)	ISO10156	5.0	14.3	IA	Gaz inflammable	0,21 à 8,5 %	580 °C
CEI60079-20-1	4.4	17
Acétate de méthyle	3	16	−10 °C
Alcool méthylique , méthanol	6–6,7 [8]	36	IB	11 °C	385 ° C; 455 ° C [6]
Méthylamine	IA	8 °C
Chlorure de méthyle	10.7 [8]	17.4	IA	−46 °C
Éther méthylique	IA	−41 °C
Éther méthyléthylique	IA
Méthyle éthyle cétone	1.8 [8]	dix	IB	−6 °C	505–515 °C [6]
Formiate de méthyle	IA
Méthylmercaptan	3.9	21.8	IA	−53 °C
Essences minérales	0,7 [6]	6.5	38–43 °C	258 °C
Morpholine	1.8	10.8	CI	31–37,7 °C	310 °C
Naphtaline	0,9 [8]	5.9	IIIA	79–87 °C	540 °C
Néohexane	1.19 [8]	7.58	−29 °C	425 °C
Nickel tétracarbonyle	2	34	4 °C	60 °C
Nitrobenzène	2	9	IIIA	88 °C
Nitrométhane	7.3	22.2	35 °C	379 °C
Octane	1	7	13 °C
iso-octane	0,79	5,94
Pentane	1.5	7.8	IA	−40 – −49 °C	0,18 à 4,4 %, sous forme de 2-pentane	260 °C
n-Pentane	1.4	7.8	IA	0,28 à 3,3 %
iso-Pentane	1.32 [8]	9.16	IA	420 °C
Phosphine	IA
Propane	2.1	9.5–10.1	IA	Gaz inflammable	0,25 à 5,2 % ; 0,0021, en oxygène pur	480 °C
Acétate de propyle	2	8	13 °C
Propylène	2.0	11.1	IA	−108 °C	0,28	458 °C
Oxyde de propylène	2.9	36	IA
Pyridine	2	12	20 °C
silane	1.5 [8]	98	IA	<21 °C
Styrène	1.1	6.1	IB	31–32,2 °C	490 °C
Tétrafluoroéthylène	IA
Tétrahydrofurane	2	12	IB	−14 °C	321 °C
Toluène	1.2–1.27	6,75–7,1	IB	4,4 °C	0,24 à 4,1 %	480 °C ; 535 ° C [6]
Triéthylborane	−20 °C	−20 °C
Triméthylamine	IA	Gaz inflammable
Trinitrobenzène	IA
Essence de térébenthine	0,8 [29]	CI	35 °C
Huile végétale	IIIB	327 °C
Acétate de vinyle	2.6	13.4	−8 °C
Chlorure de vinyle	3.6	33
Xylènes	0,9–1,0	6,7–7,0	CI	27–32 °C	0,2
m-xylène	1.1 [6]	7	CI	25 °C	525 °C
o-xylène	CI	17 °C
p-xylène	1.0	6.0	CI	27,2 °C	530°C

1. ^ Notez que pour de nombreux produits chimiques, il faut le moins d’énergie d’allumage à mi-chemin entre la LIE et la LSE.

ASTM E681

0:18 Image d’une flamme de R-32 près de sa LIE dans un appareil de 12 L ASTM E-681. ^[27]

Aux États-Unis, la méthode la plus courante de mesure des LFL et des UFL est la norme ASTM E681 . ^[27] Ce test standard est requis pour les gaz HAZMAT de classe 2 et pour déterminer les classifications d’inflammabilité des réfrigérants . Cette norme utilise des observations visuelles de la propagation des flammes dans des récipients en verre sphériques de 5 ou 12 L pour mesurer les limites d’inflammabilité. Les conditions d’inflammabilité sont définies comme celles pour lesquelles une flamme se propage en dehors d’un angle de cône de 90°.

Voir également

• Portail de la chimie

• Inflammabilité
• Limitation de la concentration en oxygène
• Énergie d’allumage minimale

Références

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2. ^ https://www.honeywellanalytics.com/~/media/honeywell-analytics/documents/english/11296_gas-book_v5_0413_lr_en.pdf?la=en ^{[ URL nue PDF ]}
3. ^ “Current Intelligence Bulletin # 66: Dérivation des valeurs immédiatement dangereuses pour la vie ou la santé (IDLH)” (PDF) . L’Institut national pour la sécurité et la santé au travail (NIOSH) . novembre 2013 . Récupéré le 11/02/2018 .
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Lectures complémentaires

• David R. Lide, rédacteur en chef ; CRC Handbook of Chemistry and Physics, 72e édition ; Presse du CRC ; Boca Raton , Floride; 1991; ISBN 0-8493-0565-9