5. discussion sur l’explosion Dans le batiment 221

Travaux réalisés par MM. J. DAVID et B. NOGAREDE

Rapport d’étape du 3 juin 2002 (D2180)
Dans ce rapport d’étape, leur démarche a été de :

1. 
   Procéder à une analyse théorique d’effets électromagnétiques de référence :
   

Effets électromagnétiques d’un courant de défaut à basse fréquence

« Supposant l’existence d’un courant de défaut circulant au niveau du sol le long d’un tube conducteur rectiligne de longueur quasi-infinie (dans l’approximation filaire), l’intensité du champ magnétique produit en son voisinage en l’absence de corps ferromagnétiques massifs environnants (lignes de champ circulaires centrées sur le conducteur) est inversement proportionnelle à la distance, si bien que cette intensité devient rapidement négligeable dès que l’on s’éloigne de la ligne de courant.

A titre d’exemple, un courant d’intensité égale à 5000 ampères engendre à 1 mètre un champ de l’ordre de 1 millitesla (à 10 mètres, ce champ ne vaut plus que 0,1 millitesla – pour mémoire l’intensité du champ magnétique terrestre est d’environ 0.045 millitesla sous nos latitudes).

Notons que ces valeurs correspondent à des énergies volumiques instantanées relativement faibles (de l’ordre de 0,4 joule par m³).

Dans le cas où ce courant est alternatif, on peut néanmoins envisager la mise en jeu d’un couplage inductif avec des conducteurs placés à proximité.

Dans l’hypothèse d’une boucle de cuivre en court-circuit de 0,1 mètre de rayon, placée à 1 mètre d’une ligne de courant dans un plan contenant cette dernière et de section suffisamment faible pour pouvoir négliger en première approche l’effet de la réaction d’induit, la puissance dissipée dans le cuivre serait de l’ordre de 14 kilowatts par m3 dans le cas d’un courant de valeur efficace égale à 5000 ampères et de fréquence 50 hertz.

Soulignons que ce niveau de puissance spécifique peut être considéré comme faible dans la mesure où il conduirait à un taux d’élévation de la température du cuivre estimée en première approximation à 0,004 degrés Celsius par seconde (en régime adiabatique). »
Effets électromagnétiques d’une source à haute fréquence
« Dans l’environnement de l’usine AZF, il existait de nombreux câbles et lignes électriques dont les longueurs sont en centaines de mètres.
Un émetteur de radiodiffusion de grande puissance (300 kilowatts dans l'onde porteuse) rayonne à partir de Muret à la fréquence de 945 kilohertz, soit une longueur d’onde de 317 mètres qui est bien adaptée pour conduire à un bon couplage avec ces diverses lignes électriques.

En se plaçant dans le pire cas, c’est-à-dire en crête de modulation supposée égale à
100 %, la puissance maximale disponible est de l’ordre de 1200 kilowatts. En prenant un gain d’antenne réaliste de 1 et une distance de 20 kilomètres entre l’émetteur et le site, le champ électrique efficace est alors de 300 millivolts par mètre.
Toujours en se plaçant dans le pire cas d’une ligne résonnante (par exemple une ligne quart d’onde de longueur voisine de 80 mètres), le courant maximal susceptible de circuler entre ce conducteur et la terre est de l’ordre de 0,4 ampère.
Dans l’hypothèse d’une charge de 36 ohms d’impédance, bien adaptée à un conducteur vertical de type quart d’onde, la puissance dissipée dans la charge par le courant précédent est voisine de 5 watts dans le pire cas. Cette faible puissance est à comparer aux grandes puissances électriques qui circulaient dans ces lignes. Ces puissances se chiffrent en kilowatts voire en mégawatts (10⁶ watts). »
Les premières conclusions des ces experts étaient :
« Des essais complémentaires avec les moyens appropriés sont envisagés à court terme pour comprendre ces phénomènes et les caractériser.

Les énergies mises en jeu sont très faibles, considérées comme normales pour ce paysage industriel, du moins pas suffisantes pour induire des arcs électriques aériens. »
Rapport du 27 juin 2003 (D3521)
Dans ce rapport les résultats des essais et investigations conduites en matière de géophysique ont été examinés.
Ces essais ont été envisagés pour dresser un état des propriétés physiques du sol et du sous-sol de l’usine et de ses environs par des moyens appropriés : reconnaissance géophysique héliportée et campagne de géophysique terrestre.
A la fin de leur conclusion, reprise complètement dans le paragraphe 4.1.5.2 après avoir exploité les rapports des sociétés qui ont procédé aux essais :

• 
  la société GEOID-FUGRO pour la campagne de reconnaissance géophysique héliportée dite « Airmag »,
  
• 
  la Compagnie Générale de Géophysique (C.G.E), pour la campagne géophysique de mesures du sol.
  

« La cohérence entre les résultats des deux campagnes aéroportée et terrestre est effective à l’échelle régionale (échelle hectométrique), mais non fondée à l’échelle des événements potentiellement recherchés (échelle métrique voire inférieure).

De plus, la densité relativement homogène d’événements inexpliqués sur le site ne fait pas apparaître de zone particulière : le nombre d’événements observés au niveau de la campagne héliportée correspond directement à la densité du maillage d’exploration.

On relève globalement deux fois plus d’événements au Nord qu’au Sud où le maillage est plus lâche. Il en est de même pour la densité d’événements observés au cours de la campagne terrestre.

La microgravimétrie constitue de toute évidence la technique qui paraît la plus fiable dans cet environnement particulier. Il n’en demeure pas moins que les événements non identifiés qu’elle révèle sont établis avec un pouvoir de discrimination très limité d’un point de vue quantitatif : l’écart entre les maxima et les minima ne dépassent pas +/- 2,5 fois la résolution de la mesure.


En outre, étant donné le caractère particulièrement bruité du milieu exploré, et les réserves d’utilisation des méthodes d’investigation qui en découlent, les marges opérationnelles de la mesure (à peine supérieure à la résolution pratique du procédé) sont d’autant plus ténues que le recul dont on dispose quant à leur interprétation reste en pratique limité, puisque hors des conditions standards. Par conséquent, ces résultats ne peuvent être considérés comme fiables et significatifs pour la mise en évidence d’anomalies éventuelles.
Aussi, pour toutes ces raisons, les résultats obtenus lors des deux campagnes d’investigation ne peuvent orienter des recherches complémentaires vers une ou plusieurs zones particulières du site de l’usine AZF. Notamment, la zone du cratère ne laisse apparaître aucun événement géophysique particulier susceptible de la démarquer des autres zones. »

2. 
   D’analyser les investigations citées dans le rapport intitulé « Audit par mesures magnétiques sur 40 points significatifs » pour BERENGIER DEPOLLUTION : rapport du 10 janvier 2002 référencé sous le numéro BD2002011062 :
   

« Les mesures présentées dans ce rapport ont été réalisées avec un équipement constitué d’un magnétomètre à vapeur de césium (Réf. TM4-ASG1) associé à un logiciel spécifique de traitement et d’analyse de données, équipements développés par la société Advanced Geophysical System GmbH.
Les valeurs obtenues pour le champ magnétique moyen, de l’ordre de 45000 nanotesla, sont de toute évidence parfaitement cohérences avec la situation magnétique de la région d’une part, et avec les mesures pratiquées par nos soins, notamment lors de nos investigations sur le terrain courant avril 2002.
En ce qui concerne les fluctuations observées, elles sont tout à fait compatibles avec les anomalies couramment attendues sur un site industriel, liées notamment à la présence de nombreuses charpentes métalliques, ferraillages dispersés divers, canalisations…
S’agissant des composantes alternatives à basse fréquence du champ dont fait état le présente rapport, il apparaît sur les résultats présentés que les valeurs les plus intenses seraient observées en bordure Nord du site, soit par conséquent dans une zone relativement éloignée du centre du cratère.
Si ces observations nous paraissent à priori justifiées par les perturbations inhérentes à la présence de la voie de chemin de fer et de la ligne électrique situées à proximité des points de mesure choisis, les valeurs des fréquences indiquées (dont certaines dépassent 500 Hz) rendent ces relevés discutables dès lors que l’on tient compte de la bande passante de la chaîne d’acquisition utilisée (limitée à 100 Hz, conformément aux caractéristiques indiquées pour l’équipement).
Notons cependant que ces mesures conduisent à des niveaux de champ qui restent largement inférieurs (de plusieurs ordres de grandeurs) aux niveaux de référence considérés pour l’étude théorique (c.f § 1.1). Par conséquent, les niveaux d'énergie volumique associés n'en sont que d'autant plus négligeables. »
Théorie des monopôles magnétiques
Cette théorie est avancée par M. LEHN dans un document comprenant un résumé d’études et d’expérimentations réalisées en Russie. De cette théorie, il propose trois hypothèses pour expliquer la cause de l’explosion du bâtiment 221 par action de monopôles magnétiques :

1. 
   Défaut d’isolement électrique en présence d’eau :
   

Compte tenu de la datation des événements, nous avons pu déterminer qu’aucun défaut électrique, qu’il soit sur le site AZF, sur le réseau EDF ou à la SNPE, n’avait été détecté avant l’heure origine de l’explosion. De leur côté, les experts en électricité MM. ROBERT et MARY n’ont rien décelé d’anormal avant cette explosion. En l’état actuel du dossier, cette hypothèse est à exclure.

2. 
   Chaudière électrique avec décharge électrique dans l’eau :
   

Aucune chaudière électrique n’était installée à proximité du bâtiment 221.

3. 
   Production de monopôles liées à un effet sismique :
   

L’effet sismique enregistré dans les stations sismiques du ReNASS et du CEA est la conséquence de l’explosion du bâtiment 221.
La théorie des monopôles magnétiques est loin d’apporter une démonstration prouvant que ces mécanismes aient pu déclencher l’explosion du nitrate d’ammonium.

En conclusion de ce paragraphe, il n’a pas été mis en évidence l’existence d’une énergie, d’ordre magnétique ou électromagnétique, susceptible de produire un arc électrique à l’origine de la détonation du nitrate d’ammonium stocké dans le bâtiment 221.

5.8.2.5 Un phénomène d’ordre électrique

5.8.2.5.1 Rappels

Plusieurs événements de nature électrique ont été relatés par les témoins proches ou lointains de l’explosion : interruption du courant, effets lumineux et/ou bruits intenses. Les experts en électricité ont relevé et analysé les paramètres des circuits avant et après l’explosion du 21 septembre 2001 dans le but d’établir si un phénomène électrique est à l’origine de la détonation du nitrate d’ammonium ou, au contraire, si les désordres constatés en sont la conséquence.

Concernant la première hypothèse, seule l’énergie calorifique dégagée par l’arc électrique éclatant au sein de la masse de nitrates peut libérer une quantité de chaleur susceptible de déclencher la détonation. C’est pourquoi, deux éléments propres au courant électrique sont précisés :

• 
  le cheminement que doit emprunter le courant pour, à partir d’une ligne de transport, entrer en contact avec le nitrate d’ammonium. Plusieurs lignes haute et moyenne tension et plusieurs transformateurs étaient installés sur ou à proximité du site AZF ;
  
• 
  les aspects de la production de chaleur à partir de l’arc de court-circuit et la possibilité que cette source d’énergie calorifique se soit manifestée au sein des nitrates déclassés. Sur des alimentations HT et sur des transformateurs, un dysfonctionnement comme le défaut d’isolement peut produire des effets de court-circuit vers la terre qui libèrent de manière soudaine une grande quantité d’énergie calorifique.
  

La seconde conjecture implique que les désordres électriques sont consécutifs à l’explosion ; ils sont alors dus à la destruction partielle ou totale des lignes de transport du courant, de leur isolation, voire des transformateurs. De telles perturbations engendrent des effets sonores et lumineux intenses.

· Description du court-circuit
Le court-circuit franc résulte du contact direct entre deux éléments de circuit qui ne sont pas au même potentiel : deux conducteurs de phase, une phase et la terre. Si un tel événement se produit, la résistance offerte au passage du courant entre les deux éléments est quasi nulle et, par conséquent, l'intensité atteint une valeur très élevée.
Pour éviter que les effets du court-circuit se prolongent, les alimentations sont toujours protégées par des coupe-surintensités qui réagissent dans un intervalle de temps très court lorsque survient le désordre : ils interrompent le passage du courant dans le ou les conducteurs de phase.
Dans le cas présent :

• 
  seul un court-circuit vers la terre peut être à l’origine de la détonation car il est nécessaire que la transformation de l’énergie électrique en chaleur, soudaine et massive, se produise au sein de la masse de nitrate d’ammonium. Pour satisfaire cette condition, le déversement du courant de court-circuit doit suivre, dans la terre, un chemin conducteur qui l’amène au contact du tas de nitrates ;
  
• 
  le court-circuit entre phases produit son effet calorifique à l’endroit où les deux conducteurs sont entrés en contact. Lorsque le phénomène affecte une ligne HT, il suffit que les conducteurs soient éloignés d’une distance estimée à 1 cm/1 kV pour amorcer l’arc électrique. Par exemple, si l’éloignement de deux conducteurs d’une ligne de 63 kV est d’environ 60 cm, l’arc de court-circuit éclate entre les phases ;
  
• 
  le court-circuit se produisant sur une alimentation basse tension, assurée par des coupe-surintensités et transportant un courant de quelques dizaines d’ampères ne remplit pas la condition relative à la quantité de chaleur nécessaire pour amorcer la détonation. Hormis les décharges de foudre ou celles qui se produisent entre les armatures d’un condensateur, seul le court-circuit entre une ligne HT et la terre est susceptible de libérer, en une fraction de seconde, une telle quantité d’énergie calorifique.
  

En résumé, si un courant important est transporté par un élément conducteur, à partir d’une ligne HT, jusque dans la masse de nitrates déclassés, l’effet thermique de l’arc électrique est en mesure de déclencher l’explosion. Il importe donc de préciser l’origine du court-circuit vers la terre et la liaison conductrice qui permet l’écoulement d’un courant en direction des nitrates d’ammonium déclassés par la terre ou par un élément conducteur métallique appartenant à l’entrepôt No 221.

· Les effets lumineux et sonores du claquage diélectrique

Le claquage diélectrique est dû au courant qui traverse un milieu isolant, généralement l’air ; il est produit à partir de deux conducteurs à potentiels différents - deux phases ou une phase et la terre -, ou à partir de deux éléments chargés - bornes de batteries, armatures de condensateurs, nuage et la terre.

Sur les réseaux de transport du courant haute tension, le phénomène est fonction de la différence de potentiel, de la pression du gaz (loi de Pashen), de son taux d’ionisation et de la distance séparant les conducteurs aériens nus ou le conducteur et la terre.

L’écoulement du courant dans le gaz ionisé s’accompagne d’une émission de lumière intense - la lampe à arc constitue une réalisation pratique de la décharge électrique ; le rayonnement émis lors de travaux de soudage réalisés à partir d’électrodes est une conséquence du passage du courant dans l’air ; l’éclair représente l’aspect visible de la décharge électrique entre les nuages et la foudre entre le nuage et la terre –.

Dans le canal ionisé où se produit le claquage diélectrique, le gaz, amené à une température élevée, se dilate brusquement. L’expansion et la compression violentes de l’air produisent une onde de pression qui engendre un signal sonore intense : le tonnerre constitue une illustration du phénomène.
Pour revenir à l’effet lumineux produit par l’arc généré par le défaut biphasé sur la ligne 63 KV Lafourguette-Château, nous avons évalué sa puissance lumineuse dans le chapitre 5.6. La puissance de cette source lumineuse a été estimée à 532.10⁶ lumens en se basant sur une tension d’arc de 500 volts, d’après les résultats d’investigations de RTE et sur un courant de court-circuit de 13300 A, déterminant la puissance électrique dissipée dans cet arc égale à 6,65 mégawatts.
A 300 mètres de distance, l’éclairement d’une surface de 1m² perpendiculaire à cette source est de l’ordre de 450 lux, valeur 2000 fois inférieure à celle résultant du flash se manifestant au-dessus du bâtiment 221, consécutif à la détonation du nitrate d’ammonium.
Rappel des investigations des experts électriciens

• 
  L’alimentation électrique du site AZF
  

L’usine AZF est alimentée depuis le poste haute tension EDF-RTE de PORTET-ST-SIMON par deux lignes aériennes qui aboutissent sur le poste T 100 qui comprend, outre les appareils de coupure et de protection, deux transformateurs de forte puissance dont les tensions entre phases sont : primaire 225 kV et secondaire, 6,2 kV. L’investigation des experts concerne l’ensemble du réseau électrique d’AZF.

Deux éléments de ce dernier auraient pu engendrer le déversement d’un courant HT vers la terre susceptible d’atteindre la masse de nitrates déclassés : le poste T 24 et la ligne 6,2 kV.

• 
  Le poste T 24 : le poste T 24 a fait l’objet d’investigations détaillées car il était installé à proximité du bâtiment 221. Il comprenait :
  
• 
  une ligne 6,2 kV provenant du poste T0 et aboutissant au poste T36 ;
  
• 
  deux lignes provenant du poste T0 qui alimentaient le poste T26 installé à l’Est de T24 ;
  
• 
  un transformateur 630 kVA, 6,2 kV/230V alimentant essentiellement des éclairages dont ceux des bâtiments No 221, 222, 223, 224 et 225, de I0 et un tableau de répartition dans le bâtiment No 225 ;
  
• 
  deux transformateurs 630 kVA, 6,2 kV/400 V avec les secondaires couplés assuraient l’alimentation du bâtiment RCU SIS et deux autres départs.
  

• 
  La ligne 6,2 kV : la ligne 6,2 kV connectant les postes T 24 et T 36 était installée dans un chemin de câbles métalliques fixé à la paroi extérieure Ouest du bâtiment 221. Elle comportait un câble tripolaire constitué de trois éléments unipolaires indépendants torsadés autour du conducteur de terre. Chaque phase comprenait :
  

• 
  l’âme conductrice en aluminium, section 95 mm², diamètre 11,9 mm, constituée de 19 brins torsadés ;
  
• 
  l’isolation en polyéthylène réticulé d’une épaisseur de 5,5 mm ;
  
• 
  un fourreau conducteur en aluminium, d’environ 4 dixièmes de mm d’épaisseur, relié à la terre du poste T24 ;
  
• 
  l’isolation en matière plastique extérieure, d’environ 3 mm d’épaisseur.
  

Le conducteur de terre est constitué d’une âme rigide en aluminium, 25 mm² de section, entourée d’une gaine de plomb.

Cette ligne a été totalement détruite par l’explosion. Des fragments ont été recueillis parmi les gravats et examinés pour tenter d’y déceler des traces d’amorçage d’arcs. Environ les deux tiers de la ligne ont pu être extraits. Des traces d’amorçage y ont été recherchées. Tous les fragments de ligne examinés présentent de sérieuses altérations dues à des contraintes mécaniques. Les zones altérées et intactes ont été examinées ; aucune ne présente une trace d’échauffement qui aurait pu révéler un possible amorçage d’une phase vers la terre.

•