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Explosion AZF : une affaire d'explosif occasionnel

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Pourquoi le hangar d'engrais a-t-il soudainement explosé le 21 septembre 2001 ? Les experts commencent à l'évoquer au procès : le nitrate d'ammonium, s'il sert à faire de l'engrais, est un explosif «occasionnel». Explications.

Explosion AZF : une affaire d'explosif occasionnel

Après l'émotion des témoignages des parties civiles, les débats des experts commencent à prendre place au procès de la catastrophe AZF. Les propriétés explosives du nitrate d'ammonium, qui sert d'engrais, ont été abordées à la barre le 11 mars. Les apprentis poseurs de dynamite le savent bien : pour créer un explosif dans son jardin, il sufit d'un engrais ou d'un quelconque désherbant, et du sucre. Cela n'empêche pas les accidents de se reproduire chaque année : le tout est si instable que les manipulateurs de garage y laissent régulièrement un bras ou un œil. A leur échelle, les industriels ont aussi dû apprendre à manipuler ces produits peu anodins.

Dans la famille des produits chimiques industriels pétatoires en effet, existent deux cousins germains. D'une part, les explosifs «intentionnels», tels que les explosifs de mine : ils sont précisément conçus pour exploser, parce que l'on tire un effet utile de leur explosion. 

Mais l'industrie chimique fabrique aussi des corps variés qui sont utilisés malgré leur caractère explosif : ce sont les explosifs «occasionnels». Le protoxyde d'azote par exemple, longtemps utilisé dans les hôpitaux du monde entier comme anesthésiant, en est un. Le chlore (de piscine) aussi. Leur destinée n'est pas du tout de finir en feu d'artifice, mais un enchaînement de plusieurs éléments déclencheurs peut  les faire partir en fumée. Une petite étincelle, une mauvaise manipulation, un mélange malencontreux, et le produit en apparence inoffensif risque tout d'un coup de détonner.

Les engrais sont à ce titre un exemple des plus courant, et causent à l'industrie chimique de bons maux de tête quant aux précautions nécessaires à prendre dans leur fabrication, leur stockage ou leur emploi pour éloigner tout risque d'explosion.

Le hangar 221. Les 300 tonnes de nitrates d'ammonium du hangar 221, qui ont détonné le 21 septembre 2001 à l'usine Grande Paroisse de Toulouse, constituaient précisément un explosif occasionnel. Le nitrate d'ammonium est en effet caractérisé ainsi par le manuel « Les explosifs occasionnels » de Louis Médard, la «bible» de la détonique. Paru en 1979, cet ouvrage constitue encore aujourd'hui le livre de chevet tous les professionnels de l'industrie des explosifs. On peut y lire que le nitrate d'ammonium risque de détonner dans deux situations : soit à cause d'un explosif, soit à cause d'un incendie, mais toujours dans un milieu confiné.

Parmi les produits qu'il vaut mieux tenir à distance du nitrate d'ammonium : le fioul, l'essence... à partir d'une simple étincelle, ces derniers peuvent créer un incendie et aboutir à la détonation.

La SNPE voisine, séparée de Grande Paroisse par un bras de la Garonne, et à laquelle le journaliste d'investigation Jean-Christian Tirat attribue une première explosion précédant de 8 secondes celle de Grande Paroisse, stocke d'ailleurs un autre explosif aux propriétés semblables. Il s'agit du perchlorate d'ammonium, qu'elle fractionne soigneusement en petit tas de 200 kg, pour éviter toute détonation majeure.

L'explosion AZF : une détonation ou une déflagration ?

Le terme « explosion », compréhensible dans son acception littéraire, ne signifie rien pour un physicien. Ce dernier préférera distinguer deux régimes de combustion : la déflagration et la détonation. Ces deux termes permettent de décrire plus précisémment les accidents qui ont jalonné l'histoire de l'industrie chimique.

Déflagration. Contrairement au sens littéraire que nous lui connaissons, une déflagration n'est pas forcément violente. Lorsque l'on fait brûler une flamme sur une gazinière, il s'agit d'une... déflagration ! En effet, la déflagration est une combustion dans laquelle la frontière de pression (l'onde de choc) va plus vite que la réaction chimique (l'onde réactive). Ces dernières ne se déplacent pas à la même vitesse et ne se situent donc pas au même endroit au même moment. Sur notre bonne vieille gazinière, l'onde réactive ne se déplace pas assez vite et envoie l'onde de choc devant elle, faible et peu violente.

Détonation.  Dans le cas d'une détonation,  l'onde réactive et l'onde de choc vont à la même vitesse : elles sont au même endroit au même moment, et la réaction s'autoalimente. Pour le coup, c'est rapide et violent. Il est établi que la catastrophe de Toulouse le 21 septembre 2001 a été causée par la détonation du stock de 300 tonnes de nitrate d'ammonium stocké dans le hangar. Ce qui ne dit pas pourquoi le stock a détonné.

Le mystère de l'étincelle

Les parties civiles et la défense se déchirent depuis sept ans sur les causes de l'explosion : les experts judiciaires mettent en cause un mélange malencontreux de produits chlorés (DCCNa) avec le nitrate d'ammonium stocké dans le hangar 221, une thèse que rejette Total ainsi que d'autres scientifiques, qui la jugent impossible.


Transition déflagration-détonation. Il arrive aussi qu'une déflagration plutôt «tranquille» finisse par déclencher une détonation, dans le cas de matières granulaires confinées par exemple : c'est ce que l'on appelle une transition déflagration-détonation. Dans ce cas, l'onde réactive s'accélère et rattrape l'onde de choc. Pour amorcer la réaction en chaîne, et créer la première combustion (déflagration), il faut simplement qu'il y ait contamination de l'explosif occasionnel granulaire par un hydrocarbure : une fuite de fioul sur un tas de d'explosifs occasionnels par exemple. Une étincelle provoque un incendie, alors que l'atmosphère est confinée, et le tout finit par détonner.

C'est précisément ce qui s'est passé lors de la catastrophe de l'usine Pepcon aux Etats-Unis, qui a causé deux morts, et 372  blessés en 1988. L'usine qui assurait la fabrication de gaz pour les fusées explose à Henderson au Nevada, suite à un incendie du stock de perchlorate d'ammonium :



En effet, le tas de perchlorate d'ammonium a commencé par brûler, jusqu'à ce que la déflagration se transforme en détonation. La transition déflagration-détonation s'est faite en quelques minutes.Deux explosions majeures ont eu lieu sur le site : une première équivalent à 70 tonnes TNT, puis une seconde équivalent à 200 tonnes TNT.  L'accident a été filmé par des randonneurs en montagne, à 4 km de là. 

Cet exemple montre qu'un détonateur initial n'est pas forcément nécessaire pour aboutir à la détonation du nitrate d'ammonium. L'incident peut démarrer par un feu, une déflagration, puis du fait de la masse et du confinement, s'accélérer et transiter vers une détonation. Plusieurs explosions liées au nitrate d'ammonium, sur des bateaux, démarrent d'ailleurs par des incendies accidentels. Dans le cas d'AZF néanmoins, la thèse de l'incendie initial a été écartée : elle aurait dégagée des fumées rousses perceptibles par tous. Reste à trouver l'étincelle qui a provoqué la détonation. La bataille des experts à ce sujet constituera le cœur des débats.

Ana Lutzky


Troisième semaine de procès : leçons de chimie et d'histoire des accidents industriels

Des millions de tonnes de nitrate d'ammonium sont utilisés chaque année sans incident par les agriculteurs, pourtant ce produit a une longue histoire d'accidents spectaculaires derrière lui.
Claude Calisti, 35 ans de métier au laboratoire central de la préfecture de police à son actif, en a recensé 83.
« Aucune des explosions recensées ne présente de réelle similitude avec celle de Toulouse » indique toutefois l'expert. « Pur, il est insensible aux chocs, il faut un autre explosif pour l'amorcer, du confinement, mais la présence d'hydrocarbures ou de chlore augmentent sa sensibilité », explique-t-il. 
Voici quelques accidents postérieurs et antérieurs à la catastrophe de Toulouse.

Explosions accidentelles ayant impliqué du nitrate d'ammonium :

4 octobre 1918, Morgan, New Jersey, États-Unis. À la suite de l'incendie d'un atelier de chargement d'explosif qui dure une journée, des obus lancés en l'air retombent dans un magasin de 4 000 tonnes de nitrate d'ammonium et y explosent. L'un d'eux provoque une forte détonation. Malgré d'autres détonations d'obus similaires, une grande partie du stock de nitrate en barils n'est pas détruite.

26 juillet 1921, Krieweld, Silésie, Pologne actuelle. Pour désagréger 30 tonnes de nitrate d'ammonium pris en masse dans deux wagons, on y fait exploser une cartouche d'explosif minier. Les wagons explosent. Dix-neuf personnes sont tuées.

21 septembre 1921, Oppau, Rhénanie, Allemagne. L'explosion, à la suite d'un tir de mine, d'un hangar contenant 4 500 tonnes de mischsaltz, un mélange moitié de sulfate d'ammonium et moitié de nitrate d'ammonium, provoque la mort de 450 personnes et la destruction de 700 logements.
L'usine avait l'habitude de désagréger les tas à l'explosif et avait, à la date de la catastrophe, fait plus de 20 000 tirs. On suppose que la mine a explosé dans une région du tas où la concentration en nitrate d'ammonium était plus élevée que la moyenne. La sensibilité du mischsaltz à l'entraînement explosif augmente très vite avec la concentration en nitrate d'ammonium, ce qui explique qu'une partie seulement (450 tonnes) du tas ait explosé.

5 août 1940, Miramas, France. Un tas de 240 tonnes de nitrate d'ammonium pur en sacs explose après un incendie provoquant l'émission de fumées rousses.

5 juin 1940, Rouen, France. Au cours d'un bombardement aérien, une bombe explose dans un important stockage de nitrate d'ammonium en fûts métalliques (six mètres d'épaisseur). L'engrais se répand aux alentours du cratère de la bombe, sans exploser.

29 avril 1942, Tessenderlo, Belgique. Le tir d'une cartouche dans un tas de 150 tonnes de nitrate d'ammonium provoque son explosion. Bilan : plusieurs centaines de personnes tuées.

16 et 17 avril 1947, Texas City, Texas, États-Unis. Le cargo Grandcamp, en cours de chargement, contient 2 600 tonnes de nitrate d'ammonium en sacs (32,5 % d'azote, 4 % de charges minérales, 1 % de bitume) quand un incendie est détecté.
Pour étouffer l'incendie, le capitaine fait fermer les panneaux de cale et envoyer de la vapeur sous pression. Malheureusement, cette cargaison n'a pas besoin d'oxygène pour continuer à brûler une fois le feu pris. Au contraire, la chaleur de la vapeur accélère la réaction. La pression augmente et, après une heure, la cargaison explose. Elle provoque la mort de plusieurs centaines de personnes et l'incendie du cargo High Flyer, amarré à 250 m, qui contenait 1 050 tonnes de soufre et 960 tonnes de nitrate d'ammonium.
Le High Flyer explose à son tour le lendemain 17 avril, après avoir brûlé près de 16 heures. Un stock de 500 tonnes du même nitrate d'ammonium qui se trouvait sur le quai, prend feu également, mais brûle sans exploser. Les experts expliquent cette différence de comportement par le confinement : il était beaucoup plus important dans la cale des bateaux, d'autant que le capitaine a essayé d'étouffer le feu.

28 juillet 1947, Brest, France. Le cargo Ocean Liberty chargé de 3 300 tonnes de nitrate d'ammonium et de marchandises inflammables (combustibles, lubrifiants, solvants, polystyrène, pneumatiques) prend feu vers 12h30. Le capitaine fait fermer les cales et envoyer de la vapeur sous pression. La situation s'aggravant, le bateau est remorqué en rade vers 14h00. De la fumée noire et rousse s'en échappe et l'incendie devient très violent. Le cargo explose à 17h00 causant 29 morts et d'importants dégâts dans la ville de Brest.

23 janvier 1954, en Mer Rouge. Le cargo Tirrenia, chargé de 4 000 tonnes de nitrate d'ammonium, prend feu. Le capitaine a recours à la vapeur pour tenter d'arrêter l'incendie. L'échec de cette tentative le conduit à abandonner son navire qui explose dans la nuit.

2 octobre 2003, Saint-Romain-en-Jarez, Loire, France. Un incendie se déclare dans un hangar agricole contenant de gros ballots de paille (démarrage de l'incendie), une chambre froide pour la conservation des fruits, des cagettes en plastique de fruits, vides, quatre tonnes de nitrate d'ammonium en sac (engrais). L'incendie se propage de la paille aux parois de la chambre froide, puis aux cagettes en plastique, qui brûlent et fondent, faisant ainsi un mélange détonant avec le nitrate agricole. Il s'est écoulé environ 1 heure 15 minutes entre l'appel aux pompiers pour éteindre le feu de paille et l'explosion du nitrate. Dix-huit personnes sont blessées, principalement des pompiers, dont deux grièvement.

9 mars 2004, en Espagne. Un camion chargé de 25 tonnes de nitrate d'ammonium 33 % pour engrais, en vrac, explose à Barracas (communauté autonome de Valence-Valencia) sur la route nationale 234 Burgos - Sagonte, à la suite d'une collision, faisant deux morts et trois blessés. L'explosion, entendue à 10 km à la ronde, s'est produite une demi-heure après la collision, et s'explique par le fait que l'accident a entraîné la mise en contact du nitrate (comburant) avec le gazole du réservoir (carburant) et par l'incendie qui s'est produit. Elle a créé un cratère important de 5 m de diamètre et de profondeur.

24 mai 2004, à Mihailesti, Roumanie. Accident routier impliquant un camion transportant 20 tonnes de nitrate d'ammonium, en sacs de 50 kg, qui s'est renversé vers 4h55 et a pris feu. Au bout d'une heure, une violente explosion provoque la mort de 18 personnes et en blesse grièvement une dizaine. L'explosion a creusé un cratère d'environ 15 mètres de diamètre et 10 mètres de profondeur.

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