Modélisation de la dispersion atmosphérique de la pollution accidentelle

En général, dans le cas d’une situation accidentelle, l’échelle spatiale ne dépasse pas quelques kilomètres et celle de temps quelques minutes à quelques heures. Les phénomènes liés à la dispersion du nuage de polluant ne se produisent ainsi que dans la couche inférieure de l’atmosphère, appelée couche limite atmosphérique, de quelques centaines de mètres d’épaisseur.

 

  • Choix du scénario

La première étape dans la modélisation de la dispersion amosphérique est la mise en place du scénario de l'accident et le choix du polluant. Souhaitant une substance qui se transporte couramment sur les routes et disponible dans la base de données du logiciel, nous nous sommes naturellement tournées vers le propane. 

Le propane est un hydrocarbure de formule C3H8 qui rentre dans la composition du GPL. C'est un gaz inodore et incolore dont la température d'ébullition à 1013 mbar est -43°C. C'est un produit extrêmement inflammable qui est stocké, transporté et distribué sous pression et sous forme liquéfiée. Il est confiné sans interruption dans des systèmes clos jusqu'à destruction finale par combustion lors de son utilisation. En cas de fuite, le propane se répand au niveau du sol car il est plus lourd que l'air. L'échauffement d'un récipient contenant du propane peut conduire à une rupture et à une dispersion du produit qui, dans certaines conditions, aboutit à une explosion suite à l'inflammation des vapeurs. 

En phase gazeuse, à haute dose, il peut avoir un effet anesthésique et/ou asphyxiant par raréfaction de la teneur en oxygène de l'atmosphère et provoquer des brûlures froides sous forme liquide. Il ne présente aucun effet sur l'environnement dans l'état actuel des connaissances.

Le but, ici, n'a pas été de choisir la substance la plus dangereuse pour l'environnement mais une substance qui se transporte régulièrement sur les routes. C'est pourquoi nous avons choisi le propane, gaz liquéfié donc sous pression, qui se vaporise rapidement en cas de fuite pour étudier la dispersion atmosphérique.

Nous avons dû par la suite définir la capacité et les dimensions de la citerne qui transporte le polluant. Afin de s'accorder avec le binôme hydraulique, nous avons décidé de transporter 30m3 de propane. D'après la réglementation en vigueur, le propane doit occuper 85% du volume de la citerne au maximum.  Ainsi, pour transporter les 30m3 de propane, la citerne doit présenter un volume de 35m3. Pour obtenir ce volume, la citerne que nous utiliserons pour la simulation a un diamètre de 2,50m pour une longueur de 7,13m. 

Le propane se transporte sous forme liquéfiée et sous pression. La pression d'usage dans ce type de transport est d'environ 7 bars. La courbe suivante, obtenue sous le logiciel de calcul des propriétés thermodynamiques ProPhy Plus, est la courbe de tension de vapeur du propane :

Courbe de tension de vapeur du propane-Cliquez pour agrandir

D'après cette courbe, pour que le propane soit transporté sous forme liquéfiée, il faut se placer à une température de 15°C. Nous utiliserons donc cette température pour le transport du propane.

Enfin, il nous faut déterminer les caractéristiques propres à l'accident. Nous avons décidé que la fuite de propane s'effectuerait par une brèche dans la citerne résultant du renversement du camion. Ce ne sont pas tant les causes de l'accident en lui même qui nous intéresse ici mais plutôt l'ouverture par laquelle s'échappe le propane. D'après les paramètres disponibles sous ALOHA, nous avons donc choisi que l'ouverture serait circulaire de diamètre 20 cm et qu'elle se situerait à mi-hauteur de la citerne.

 

  • Variables de l'étude

Nous souhaitons étudier la dispersion atmosphérique d'une pollution accidentelle. La dispersion est très dépendante des conditions de rejets, des conditions météorologiques et des conditions orographiques. Ce que nous cherchons à déterminer ici est l'impact des conditions météorologiques sur la dispersion. 

Grâce à ALOHA, nous allons faire varier les paramètres suivants : la vitesse du vent, la couverture nuageuse, la température de l'air et l'humidité. Chaque paramètre se verra accorder trois niveaux de valeurs.

  • Pour la vitesse du vent, nous avons choisi les trois valeurs suivantes : 3, 10 et 25 m/s (faible vitesse à rafales)
  • Pour la couverture nuageuse, ALOHA disposant d'une échelle allant de 0 à 10 (de clair à complètement couvert) nous avons choisi les trois valeurs suivantes : 0, 5 et 10 afin d'être le plus représentatif possible
  • Pour la température de l'air, nous avons choisi les trois valeurs 0, 15 et 30 °C qui nous semblent représentatives des températures observables à Toulouse sur une année
  • Pour l'humidité nous avons choisi de l'étudier à 50, 70 et 90%, car 70% semblent être l'humidité moyenne observée à Toulouse

 

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