Explosifs TP - BureauPreventicas
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Explosifs TP - BureauPreventicas
Fiche de sécurité D5 F 08 00 Tour Amboise 204, rond-point du Pont-de-Sèvres 92516 BOULOGNE-BILLANCOURT CEDEX Tél. : 08 25 03 50 50 Fax : 01 46 09 27 40 OBJET : Les principaux explosifs utilisés dans les travaux publics Enumération des principaux explosifs utilisés dans le BTP. Caractéristiques – précautions d’emploi - une onde de choc, pression forte, qui agit sur la roche comme un coup de masse et provoque sa fissuration, puis se propage dans le milieu (produit, matériau, atmosphère…) - une production de gaz, qui, par son expansion dans les fissures, achève la fragmentation du massif. 2 – PRINCIPALES VARIÉTÉS : Les produits explosifs mis sur le marché doivent être, soit certifiés, soit agréés. Pour leur utilisation, ils doivent, en outre, être autorisés à l’emploi. Actuellement, on utilise sur les chantiers essentiellement les types d’explosifs suivants : 1 – Les dynamites : Les dynamites sont des explosifs détonants qui contiennent de 10 à 90% de nitroglycéroglycol, mélange de nitroglycérine (corps pur) et de dinitroglycol, contenu dans un combustible poreux servant de support : par exemple, le coton poudre. Le nitrate d’ammonium contenu dans les dynamites joue le rôle de comburant. 1 – COMPOSITION : Un produit explosif est une substance ou un mélange de substances chimiques capables de se décomposer très rapidement en produisant une grande énergie. Elles sont utilisées sous forme de cartouches. Ces substances sont essentiellement des corps purs explosifs et/ou des combustibles (par exemple poudre d’aluminium, tourbe, farine de bois…) et des comburants (par exemple nitrate d’ammonium) qui réagissent ensemble chimiquement et se décomposent pour donner des gaz chauds sous pression et libérer une forte énergie. Les dynamites tendent à disparaître du marché au profit d’explosifs moins dangereux. 2 – Les explosifs nitratés : Ce sont des explosifs encartouchés dont le constituant essentiel est le nitrate d’ammonium (environ 80% en masse) associé à une proportion faible de TNT (trinitrotoluène), corps pur explosif. Ils sont peu sensibles aux chocs. Moins performants que les dynamites, les explosifs nitratés sont sensibles à l’eau. Ils ont peu à peu disparu du marché. Des matières “ inertes ” ou des additifs peuvent être ajoutés pour conférer à l’explosif une propriété particulière ou en faciliter la fabrication comme par exemple les gazéifiants ou les billes de verre qui, associées aux émulsions, assurent l’explosibilité du produit. Le tableau 1 donne la composition des principales variétés d’explosifs. 3 - Les nitrates fiouls : Ce sont des explosifs composés d’environ 94% de nitrate d’ammonium (comburant), de 6% de fuel domestique (combustibles), et éventuellement d’aluminium en faible proportion. La qualité du nitra- La décomposition chimique des explosifs utilisés dans les travaux publics, appelée détonation, génère deux phénomènes : Edition novembre 2002. 1 FICHE N° D5 F 08 00 te utilisé joue un rôle important dans le comportement de ces explosifs. Ils ne contiennent pas de corps pur explosif. explosif que lorsque de minuscules bulles de gaz sont introduites dans ce mélange sous forme, soit d’une substance gazéifiante, soit de billes de verre creuses de très petites dimensions. Ils se présentent sous forme de granulés et sont livrés en vrac par sac de 25 kg. Les émulsions peuvent être pompables ou versables. Elles peuvent également se présenter encartouchées. Malgré leur puissance inférieure à celle des dynamites et des nitratés encartouchés, leur prix intéressant et leur sécurité de manipulation les placent au premier rang de la consommation d’explosifs en France. Elles apportent une grande sécurité au niveau du transport et du stockage. Elles sont faciles d’utilisation et peu onéreuses à produire. Ils sont peu sensibles aux chocs : il convient de les amorcer avec un bousteur. Leur sensibilité à l’eau est variable selon le produit. Ils sont très sensibles à l’eau. Ils produisent d’abondantes vapeurs nitreuses : il convient de ne pas les utiliser dans les chantiers mal aérés. Elles peuvent être sensibles à la pression. Sur des chantiers importants utilisant plusieurs tonnes d’explosifs à chaque tir, les émulsions peuvent être fabriquées directement sur les lieux d’emploi à partir d’une unité mobile de fabrication conduite par un personnel spécialisé. Ils ne peuvent être utilisés dans des forages d’un diamètre inférieur à 40 mm. 4 - Gels encartouchés et bouillies en vrac : Les temps de chargement sont ainsi diminués et le pompage assure un bon remplissage du trou de mine. Ce sont des explosifs composés de 50 à 85% de nitrate d’ammonium (comburant), de 5 à 8% de fuel ou d’huiles minérales (combustibles), et éventuellement d’aluminium en faible proportion. Leur particularité est que les comburants sont en solution dans 8 à 15% d’eau. 3 – PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES : Les explosifs sont des substances utilisées pour leurs effets destructeurs (fragmentation de roches, démolition…) et leur conception y est donc dédiée par intention. On a coutume d’appeler “bouillies” les variétés livrées en vrac et “gels” les variétés gélatineuses encartouchées dans des enveloppes plastiques. Du fait de leur difficulté de fabrication, les bouillies pompables ont pratiquement disparu tandis que les gels n’occupent qu’une faible part de marché. Lors de leur conception, il est donc nécessaire de respecter des objectifs de sécurité très stricts qui sont validés par des épreuves ou essais déterminant leurs propriétés spécifiques. Ils sont peu sensibles aux chocs. Leur résistance à l’eau est plus grande que celle des nitratés. Les caractéristiques citées dans la suite sont intéressantes à connaître : La toxicité des gaz dégagés est plus faible que celle des nitratés. - soit pour utiliser les explosifs avec un rendement maximum, Leur sensibilité à l’amorçage diminue en fonction de la température ; il est conseillé de ne pas les utiliser en-dessous de 0°. - soit pour effectuer leur mise en œuvre en sécurité, notamment en éliminant les risques de ratés. 5 - Les émulsions : 3.1 – Propriétés de conservation : Ce sont des explosifs composés de 80 à 90% de nitrate d’ammonium (comburant), de 4 à 10% d’huiles minérales (combustibles), de 2 à 10 % d’eau, et éventuellement d’aluminium en faible proportion. Leur composition chimique est donc assez voisine des gels et des bouillies. Ces propriétés permettent de valider notamment que le produit est stable et peut être conservé sans danger dans des conditions de stockage prévisibles. Citons : ☞ La densité : Leur particularité réside dans leur structure physique. La densité est le rapport de la masse d’un certain volume d’un corps à celle du même volume d’eau. La solution comburante (nitrate d’ammonium + eau) se présente sous forme de très petites gouttelettes (diamètre de l’ordre de quelques microns) contenues dans le combustible huileux. Ce mélange ne devient Cette notion peut s’utiliser aussi bien pour les explosifs encartouchés que pour les explosifs en vrac. On distingue la “densité d’encartouchage” utilisée 2 FICHE N° D5 F 08 00 pour les explosifs encartouchés et la “densité de chargement” qui correspond à la quantité d’explosifs logée dans une cavité de volume donné. L’humidité réduit la sensibilité à l’amorce et l’aptitude à la transmission de la détonation. Les gels y sont pratiquement insensibles, les dynamitesgommes également. Les explosifs nitratés sont moins résistants à l’eau. Le nitrate–fioul est soluble dans l’eau et son utilisation est impossible lorsque les trous de mine contiennent de l’eau. La densité est un des facteurs influençant la fragmentation des roches. C’est un paramètre important puisqu’il conditionne la quantité maximale d’explosifs pouvant être chargée dans un trou de mine. L’énergie volumique peut donc être affectée par des variations non négligeables de la densité. La vitesse de détonation est également influencée par la densité. ☞ La durée limite de conservation : Au bout d’une certaine durée de stockage, certains explosifs peuvent devenir dangereux ou perdre leurs qualités explosives. A quelques exceptions près, la durée limite de conservation des explosifs n’est pas fixée réglementairement. Il est conseillé de se renseigner auprès des fabricants et de se procurer, lorsqu’elle existe, la fiche de données de sécurité. En général, ils préconisent de ne pas dépasser une durée de 6 à 12 mois entre la date de fabrication et la date du tir. Certains produits ont une durée de vie réduite, c’est le cas des émulsions dont la sensibilité à l’amorce peut décroître très sensiblement après quelques dizaines d’heures. La densité de chargement a un rôle important sur la pression maximale de détonation et, par conséquent, sur l’énergie de choc. ☞ La résistance à la chaleur : L’élévation de température peut entraîner des changements de conditions physiques des explosifs ainsi qu’un dégagement de gaz nocifs. La valeur limite d’exposition à la nitroglycérine est de 0.15 ppm. Cette valeur n’exclue pas l’apparition de céphalées, qui, généralement, ne subsistent pas après accoutumance. Si la concentration est inférieure à 0.2 mg/m3, les risques de céphalées n’apparaissent pas. De plus, des risques de pénétration percutanée sont à craindre et il est conseillé de se munir de gants spéciaux. 3.2 - Propriétés de sensibilité : Ces propriétés caractérisent l’aptitude du produit à amorcer et à propager la détonation en sécurité dans les conditions normales d’utilisation prévues par le fabricant. La chaleur peut provoquer une exsudation de la nitroglycérine dans les dynamites. La cartouche devient alors extrêmement sensible au choc et il convient de ne pas utiliser ces cartouches et de les éliminer de manière appropriée. Citons : ☞ Le diamètre critique : C’est par définition le plus petit diamètre à partir duquel la détonation d’un explosif peut se propager, à l’air libre, dans une file de cartouches. Le diamètre critique d’un produit dépend de la nature et de la densité de cette substance. L’effet le plus courant d’une élévation de température (30-40°C) est un ramollissement de la cartouche et une accélération du vieillissement de l’explosif. Bien que l’utilisation dans un trou de mine puisse, du fait du confinement exercé par les terrains, abaisser la valeur du diamètre critique de détonation de l’explosif, il est souhaitable que le diamètre du trou soit supérieur au diamètre critique de détonation mesuré à l’air libre. Pour les émulsions, la résistance à la chaleur est bonne et elles peuvent être mises en œuvre sans problème jusqu’à +60°C. Néanmoins, leur stockage ne peut être maintenu à cette température. ☞ La résistance au froid : Certains nitrates fiouls, ayant un diamètre critique de 50 mm, ne peuvent pas être utilisés dans des mines de petits diamètres. Le froid augmente les contraintes de friction par la cristallisation de la nitroglycérine. Ainsi, la sensibilité au choc de la dynamite s’en trouve fortement augmentée. La substitution partielle de dinitroglycol à la nitroglycérine (en proportion 50/50) assure de bonnes propriétés jusqu’à –25°C. ☞ La sensibilité à l’amorce : C’est l’aptitude de l’explosif à détoner sous l’effet d’une onde de choc. La sensibilité des émulsions est garantie jusqu’à –10°C sans condition spéciale. Cependant, pour une utilisation inférieure à –10°C, il est nécessaire de renforcer l’amorçage. Dans la pratique, on distingue les explosifs qui sont sensibles à un détonateur seul contenant 0.8 g de penthrite et ceux qui n’y sont pas sensibles. Ces derniers nécessitent un amorçage par une cartouche amorce, un bousteur ou un cordeau détonant contenant de 10 à 20 g de penthrite par mètre. ☞ La résistance à l’eau : La sensibilité à l’amorce dépend de la densité de l’explosif. Un explosif peut devenir insensible à son 3 FICHE N° D5 F 08 00 mode d’amorçage habituel s’il n’est pas assez comprimé ou au contraire trop comprimé. Elle est mesurée en laboratoire mais, dans la pratique, cette mesure est affectée par les conditions réelles de tir, notamment : Les explosifs peu sensibles ont besoin d’une énergie d’activation très importante pour développer et transmettre le régime de détonation. Les pertes d’énergie latérales sur les cartouches de petit diamètre sont très fortes et la transmission de la détonation n’est plus correctement assurée. A puissance égale, l’aptitude à transmettre la détonation sera d’autant plus faible que la sensibilité à l’amorce sera faible. - le diamètre de la cartouche, - la densité, - la température de la substance, - le confinement, - le vieillissement du produit, ☞ Le coefficient de self excitation (ou c.s.e) - l’amorçage utilisé. C’est l’aptitude à transmettre la détonation d’une cartouche à une autre placée à une certaine distance et dans son prolongement. Plus le diamètre diminue, plus la vitesse de détonation diminue pour s’annuler pour le diamètre critique en-dessous duquel il n’y a plus propagation. Le confinement des parois extérieures diminue les pertes latérales d’énergie et réduit les effets d’une diminution de diamètre. C’est la raison pour laquelle les épreuves de diamètre critique sous confinement par tube acier donnent des valeurs de diamètre critique plus faible qu’à l’air libre. Il est évalué en mesurant la distance en centimètres qui correspond à une probabilité de détonation de 50% entre une cartouche amorcée et une cartouche non amorcée placée dans le prolongement de la première. Une valeur de c.s.e trop faible entraîne des risques de raté par arrêt de détonation dans les files de cartouches placées dans le même trou de mine, suite à une mauvaise continuité des cartouches. Depuis peu, la vitesse de détonation peut être mesurée in situ, dans chaque trou de mine, à l’aide d’un appareil d’acquisition portable utilisant, par exemple, la destruction progressive d’un câble coaxial par mesure de sa résistance ohmique. Ces mesures permettent la détermination en continu de la vitesse de détonation. Des contrôles du fonctionnement prévu du tir sont donc possibles. ☞ La résistance à la compression : Les conditions de pression auxquelles est soumis un explosif peuvent influer sur l’amorçage et la transmission de la détonation. Statique ou dynamique, la pression résulte : ☞ L’énergie : L’énergie totale est l’énergie théorique que peut développer l’explosif lors d’un tir. C’est en fait la quantité de chaleur totale dégagée par la réaction chimique au cours de la décomposition du produit. - soit des effets de points chauds provoqués par l’onde de choc, - soit des conditions de chargement (chargement en grande hauteur, chargement sous forte profondeur dans l’eau, condition de pression initiale des terrains…), L’énergie totale n’est toutefois pas représentative de la réalité. En effet, les conditions de site influencent le développement de la réaction chimique. Une partie de cette énergie est dissipée sous forme d’une onde de choc ; une autre l’étant par les effets de dégagement de gaz chauds sous pression. - soit des effets de l’onde de choc provoquée par une charge voisine. Au-delà d’une certaine limite de pression, certains explosifs peuvent ne plus détoner. Cette pression limite est spécifique à chaque explosif. La part de l’énergie transmise sous forme d’énergie de choc est proportionnelle au pic de la pression engendrée par la détonation, par conséquent, à la pression de détonation, elle–même proportionnelle à la densité et au carré de la vitesse de détonation. 3.3 – Propriétés de performance : Ces propriétés caractérisent la performance du produit dans les conditions d’utilisation prévues et les effets obtenus par l’explosion sont bien ceux attendus ou estimés. Une énergie de choc trop forte peut être néfaste, car elle peut entraîner une fragmentation trop importante. On recherchera donc le plus souvent des explosifs ayant une forte énergie de gaz. Citons : ☞ La vitesse de détonation : Deux méthodes sont utilisées pour la mesure de l’énergie : C’est la vitesse à laquelle se déplace l’onde de détonation dans un explosif. - Le tir au mortier balistique : c’est l‘épreuve officielle 4 FICHE N° D5 F 08 00 galerie en cours de creusement, du débit et de l’organisation de la ventilation. de mesure d’énergie. Elle n’est pas significative car elle ne prend pas suffisamment en compte l’énergie de gaz et de plus les quantités utilisées pour l’épreuve ne permettent pas d’obtenir une indication suffisante des caractéristiques énergétiques. En laboratoire, une épreuve de tir dans une enceinte fermée est réalisée et permet de définir un indice de toxicité exprimé en litre par kilogramme d’explosif. - La mesure en piscine : cette méthode s’appuie sur la détermination des énergies à partir d’une explosion réalisée en piscine. Ces essais sont pratiqués par certains fabricants. Les conditions des tirs varient d’un fabricant à l’autre ce qui entraîne forcément des différences entre les mesures. Les chiffres sont donc à comparer avec précaution. On a : IT = VCO + V NOx L’expérience acquise en hygiène et toxicologie a conduit à considérer comme satisfaisant un explosif dont l’indice de toxicité est inférieur à 50 l/kg. Cet indice montre également l’intérêt que présente l’utilisation des gels en souterrain. ☞ Les fumées de tir : BIBLIOGRAPHIE Les explosifs, en se décomposant, génèrent une grande quantité de gaz toxiques (monoxyde de carbone et oxydes d’azote), variable selon les conditions de tir (mode d’amorçage, résistance et fracturation des terrains, résistance du bourrage, séquence d’amorçage…). - Mines et carrières : Les explosifs industriels - C. Michot, H. Zante. - Recommandations AFTES : GT3 : Creusement à l’explosif. L’exécution de tels tirs en milieu confiné engendre des concentrations en gaz toxiques après tir dans l’atmosphère du chantier qui dépendent de l’importance de la charge, de la section de la TABLEAU I COMPOSITION TYPE DES PRINCIPAUX EXPLOSIFS INDUSTRIELS Composition type Plastiques ou gommes 20 à 90 30 à 60 1à5 2à6 0à7 0à8 Pulvérulentes Nitroglycéroglycol Nitrate d’ammonium Coton azotique Farine de bois Sel Tourbe 10 à 15 30 à 80 ~ –1 2 à 10 0 à 50 0à5 Trinitrotoluène Nitrate d’ammonium Farine de bois Stéarate de calcium Sel 10 à 15 65 à 85 0à5 ~ –1 0 à 20 Ordinaires Nitrate d’ammonium Fioul ~ – 94 ~ –6 A l’aluminium Nitrate d’ammonium Fioul Sensibilisant (aluminium) Dynamites Nitratés Nitratesfiouls % Nitroglycéroglycol Nitrate d’ammonium Coton azotique Farine de bois Dinitrotoluène Aluminium Bouillies - Gels Emulsions nitrates-fiouls alourdis 88 à 92 3à5 5 à 10 Eau 8 à 15 Nitrate d’ammonium, de soude ou de calcium 35 à 60 Sensibilisant (explosif, aluminium, nitrate de monométhylamine, 5 à 40 billes de verre) Divers (gélifiant, allégeant, réticulant, mouillant, fioul) 2à5 Eau Nitrates minéraux Huiles diverses Sensibilisant (chimique ou billes de verre) 5 8 à 15 70 à 80 4 à 10 0,2 à 5 6 Emulsions vracs (pompables) Blendex 70 Blendex 70A Emultex 100 Gémulsite 80 Gémulsite 100 TX1 (morse) Power gel gold 750 Emulsions vracs (Versables) Blendex 30 Blendex 30A Emultex 200 Emultex 300 Gémulsite 60 Emultex 200G <30 <45 50 à 55 25 à 50 De 20 à 40 Emulsions Irémite 1000 Irémite 1000S Irémite 2500 Irémite 2500S Irémite 4000 Irémite 4000S Emulstar 8000 Emulstar 8000S Nitram 5 Nitram 9 Powergel E700 Powergel E 900 Riogel 2 Riomex E20 Titamax 4000 Titamax 5000 Nitrates fiouls (Vracs granulaires) Anfotite 1 Anfotite 3 D7 fuel NR20 N135 Nagolita Nitral NitroD8 Anfotite T Ferrolite Anobel Esatite Esatite plus <30 <30 Diamètre critique de détonation Nitratés Sécurex 80 Sécurex 90 Dynamites Dynaroc 5 Dynaroc 7 Eurodyn 2000 F16 F19 Goma 2 E – C Telsit S Titadyn 25A Titadyn 30 Titadyn 30A Titadyn 50 Type Formule D D A D A D D Amorçage 0.9 à 1.30 0.9 à 1.15 0.8 à 0.9 0.9 à 1.0 1 à 1.3 1.0 à 1.15 1.4 à 1.5 Densité commerciale (moyenne) 4.9 à 5.5 2.9 à 5.1 3 à 3.5 3 à 3.5 4.7 à 5 3.5 à 4.8 3 à 6.5 Vitesse de détonation (km/s) 3à6 5 à 15 Coefficient de self excitation (cm) 25 à 35 30 à 45 Fumées de tir CO+5Nox (l/kg) 110 à 120 120 à 130 93 à 110 110 à 120 125 à 145 TMB 3 3400 à 5000 4500 à 6700 Energie totale calculée (kJ /kg) Energie de gaz mesurée (kJ/kg) 3.7 2200 à 2500 2200 à 2500 1400 à 2000 2000 à 2400 Energie 2.8 à 3.6 3 à 3.5 2000 à 3000 3000 à 4000 3000 à 4000 3200 à 4200 3900 à 5000 Energie tot. (kJ/kg) mesurée en piscine B B D TB M B Humidité M M B M B M Froid M M M M M D Chaleur Résistance aux sollicitations climatiques FICHE N° D5 F 08 00