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
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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
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