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lundi 22 octobre 2018

Intervenir et s'éclairer en zone ATEX - Comment assurer la sécurité des équipes quand il existe un risque d'explosion ?


La norme ATEX permet de préciser les modalités d'intervention en fonction du risque d'explosion


Tout d'abord, il nous paraît utile de rappeler ce que recouvrent les notions de DANGER, de RISQUE et de FACTEURS DE RISQUES. Le risque n’est pas un danger: il en est la conséquence s’il y a exposition au danger.



DANGER: Un danger est une propriété ou une capacité d’un objet, d’une personne, d’un processus ou bien de l'environnement qui peut entraîner des conséquences néfastes, aussi appelés dommages. Un danger est donc une source possible d’accident.



RISQUE: Le risque est la probabilité que les conséquences néfastes, les dommages, se matérialisent effectivement. Un danger ne devient un risque que lorsqu’il y a exposition et donc, possibilité de conséquences néfastes.


EXPOSITION: Dans notre contexte, il s’agit du contact entre le danger et une personne physique , pouvant entraîner un dommage. Sans exposition, pas de possibilité de dommage.

Le RISQUE représente donc la probabilité que quelqu’un soit atteint par un danger.

Les FACTEURS DE RISQUES sont des éléments qui peuvent augmenter ou diminuer la probabilité de survenance d’un accident ou la gravité d’un événement.

Pour résumer :
RISQUE = DANGER X EXPOSITION

Dans quelles conditions une explosion peut-elle se produire ?



Il y a un risque d'explosion lorsque plusieurs éléments sont en présence :
  • Un comburant : l'oxygène de l'air par exemple,
  • Un combustible : gaz ou vapeurs : hydrocarbures, solvants, vernis, diluants, essence, alcool, colorants, parfums, produits chimiques, matières plastiques, poudres ou poussières de métaux comme le magnésium, l'aluminium...de matériaux comme le soufre la cellulose des céréales, du charbon,  du bois, le lait, des résines, le sucre, l'amidon, les polystyrènes, des engrais...
  • Un point chaud ou une source d'inflammation.
Si un risque d'explosion est identifié dans un environnement on lui associe alors une exigence de sécurité, qui impose l'utilisation d'équipements spécifiques dits antidéflagrants.

La norme ATEX

La réglementation ATEX est une directive européenne qui demande à tous les responsables d'établissements de maîtriser les risques relatifs à l'explosion de certaines atmosphères. Pour cela, une évaluation du risque d'explosion dans l'entreprise est nécessaire pour permettre d'identifier tous les lieux où peuvent se former des atmosphères explosibles et ainsi mettre en œuvre les moyens d'éviter les explosions.

Comment choisir un matériel adapté à une intervention qui présente un risque d'explosion du fait de l'environnement ?

Les environnements ATEX sont définis en trois zones

  • zone 0, zone 1 ou zone 2 pour les gaz,
  • Une lampe torche, une lampe frontale ou un phare certifiée de catégorie 1 (zone 0) est d'un usage sûr dans les zones de catégorie 2 (zone 1) et de catégorie 3 (zone 2). Il n'est, en revanche, pas possible d'utiliser des systèmes d'éclairage certifiés zone 2 dans des zone 1 et zone 0. De façon similaire, une lampe certifiée zone 1 pourra être utilisée en zone 2 mais pas en zone 0.
  • zone 20, zone 21 ou zone 22 pour les poussières.
Deux groupes de matériels existent :
  • groupe I : cas spécifique des mines (plus contraignant),
  • groupe II : toutes les industries de surface.
En ce qui concerne le groupe II (industries de surface) : à chaque classification de zone ATEX est associée une catégorie d'appareils adaptée.

Les lampes et systèmes d'éclairage doivent donc répondre aux contraintes spécifiques de ces différents groupes. Ils mettent alors en oeuvre des moyens de protection contre l'explosion adaptés. Ainsi les lampes qui sont certifiées pour les zones 0/20 et les zones 1/21, doivent présenter des intensités lumineuses réduites pour garantir le fait que l'appareil ne produise pas d'élévation de température de nature à provoquer une explosion.


La norme ATEX propose également une classification des gaz à risque d'explosion contre lesquels l'utilisateur peut se prémunir en utilisant un système d'éclairage avec la  protection adaptée. Pour les matériels de groupe II, la dangerosité des gaz couverts croît de la subdivision IIA, le moins dangereux, à la subdivision IIC, le plus dangereux.

groupe I : méthane,
groupe IIA : propane,
groupe IIB : éthylène,
groupe IIC : hydrogène/acétylène.

Comme nous l'avons dit l'enveloppe de la lampe antidéflagrante ne doit pas présenter à sa surface externe de points chauds pouvant provoquer une auto-inflammation.  Or les diverses substances qui peuvent s'enflammer présentent des températures d'auto-inflamation différentes. Chaque système d'éclairage utilisé dans une atmosphère explosible, est classé suivant la température maximale de surface qu'il génère ce qui permet de garantir sa compatibilité en fonction du gaz présent dans la zone d'intervention.

Il existe six classes de températures, de T1 à T6.

La température maximale de surface du matériel doit toujours être largement inférieure à la température d'auto-inflammation des poussières ou des gaz en présence. A titre d'exemple, voici les températures d'auto-inflammation de certains composants et les classes de température correspondantes:

PVC 700° (T1)
Aluminium 590° (T1)
Hydrogène 560° (T1)
Méthane 537° (T1)
Poussière de blé 510° (T1)
Sucre 490° (T1)
Farine 490° (T1)
Méthyle de cellulose 420° (T2)
Éthylène 425° (T2)
Polyéthylène 420° (T2)
Acétylène 305° (T2)
Kérosène 210° (T3)
Éther éthylique 160° (T4)
Disulfure de carbone 95° (T6)

Le marquage du matériel d'éclairage certifié ATEX

Toutes les lampes certifiées pour une utilisation à l'intérieur des zones explosibles disposent d'un marquage spécifique apposé sur le produit. Ce marquage rassemble toutes les indications nécessaires pour déterminer les zones d'utilisation possibles.

Exemple de marquage ATEX

CE 0081 Ex II 2 GD Ex nAnL IIB T4
  • CE : le matériel répond aux normes européennes qui le concernent
  • 0081 : numéro d'identification de l'organisme notifié, lorsque celui-ci intervient dans la phase de contrôle de la production. Ici ce numéro correspond à celui de la LCIE – Bureau Véritas. Ce numéro peut également être 0080, par exemple pour l'INERIS.
  • Ex : utilisation autorisée en atmosphère explosible
  • II : groupe d'appareils
    (I = mines, II = industries de surface)
  • 2 : catégorie d'appareils
    (1 = risque permanent (zones 0/20), 2 = risque fréquent (zones 1/21), 3 = risque occasionnel (zones 2/22)
  • GD : type de combustible : G = gaz et vapeurs, D = poussières
  • Ex : le produit répond aux modes de protection normalisés par le Cenelec
  • nAnL : mode de protection
  • IIB : correspond à la classe de gaz couverte par le produit
  • T4 : classe de température correspondant à une température de surface

jeudi 4 janvier 2018

Les accumulateurs utilisés dans les lampes rechargeables en 2018


Quels sont les accumulateurs utilisés dans les lampes rechargeables en 2018 ?

Les accumulateurs se distinguent des piles par leurs capacités à être rechargés. Ces systèmes sont dits réversibles et peuvent restituer une majeure partie de l'énergie accumulée lors de la charge. Les accumulateurs sont des générateurs électrochimiques. Les accumulateurs présentaient avant l'arrivée de la technologie Li-ion et LFP une plus faible densité d’énergie et des pertes au court du temps plus importantes que les piles.
Les accumulateurs peuvent être associés dans les lampes en série ou parallèles afin de créer des batteries de capacité plus élevée et de tension nominale adaptée à l'électronique de commande de la source lumineuse.
Il existe d’autres moyens de stockage de l’énergie comme les super-condensateurs ou les piles à combustible. Si ces dernières sont adaptées pour les véhicules automobiles et les vaisseaux spatiaux, il ne semble pas envisageable de les employer à moyen terme comme source d'énergie pour les lampes et phares portables.
Les super condensateurs présentent une qualité qui manque encore aux accumulateurs : la possibilité d'une recharge ultra-rapide. Nous pouvons donc espérer que certains fabricants envisagent des torches à super condensateurs adaptées à un usage de courte durée.

Majoritairement des accumulateurs Li-ion

Les batteries Li-ion sont aujourd'hui généralisées chez les fabricants retenus par Elumeen.
Que ce soit chez Olight, Ledlenser, Lupine, Peli, Nitecore, les batteries des lampes frontales et des torches sont dotées en 2018 de la technologie Li-ion.

Les accumulateurs cylindriques 18650 se sont généralisés. La capacité massique de ces accumulateurs a énormément augmenté ces dernières années. Il est ainsi possible d'utiliser des accumulateurs qui sont capables de délivrer 3400 mAh. Dans le même temps les coûts unitaires ont baissé du fait de la production qui c'est généralisée : pour mémoire Tesla utilise aujourd'hui des accumulateurs 18650 pour ses voitures électriques.


Certains phare de travail de très grande puissance et capacité utilisent des batteries au plomb gélifié qui assurent une autonomie importante avec comme contre partie un poids important compensé par le fait que ce matériel est transportable mais non portable. 
Capacités massiques, énergie spécifique théorique et pratique comparée des piles et accumulateurs :

Piles alcalines
Piles lithium
Accumulateur
au plomb
Accumulateur
Ni-Cd
Accumulateur
Ni-MH
Accumulateur
lithium-ion
Capacité massique théorique (Ah/kg)
224
230
120
181
178
100
Énergie spécifique théorique (Wh/kg)
347
1001
252
244
240
410
Énergie spécifique pratique (Wh/kg)
145
230
30-50
45-80
60-110
200-300















Les accumulateurs Li-ion présentent aujourd'hui une densité d'énergie aussi importante voire supérieure à celle des piles lithium. Ces dernières présentent une caractéristique importante pour les éclairage destiné aux secours (nautisme, alpinisme, industrie) : elle peuvent être conservées pendant dix ans.

Durée de vie comparée des accumulateurs


Accumulateur
au plomb
Accumulateur
Ni-Cd
Accumulateur
Ni-MH
Accumulateur
Lithium-ion
Nombre de cycle de charge et de décharge maximal
500-1200
2000
1500
1200
Autodécharge par mois à température ambiante
5 %
>20%
>30%
2 %
Durée de vie moyenne (en année)
3-6
8-25
2-5
5+
Effet mémoire
Oui
Oui
Oui
non


















Les accumulateurs Li-ion présentent une durée de vie qui peut dépasser 5 ans. Le taux d'autodécharge est très faible et cette technologie ne présente pas d'effet mémoire. Les lampes rechargeables peuvent ainsi être rechargées même si elles sont encore partiellement chargées. Ceci simplifie énormément la gestion des accumulateurs quand le parc de lampe rechargeable est important.
NB : en cas de stockage prolongé (jusqu'à 6 mois) d'un accumulateur Li-ion nous recommandons de maintenir une charge de l'ordre de 75% qui améliorera la durée de vie de votre accumulateur.

Evolution des accumulateurs au Lithium : Li-Po et LFP

Deux technologies commencent à être utilisées dans les lampes proposées par Elumeen : Les accumulateurs Lithium Fer Phosphate proposés pour la première fois dans la lampe torche rechargeable X21R2 Ledlenser et la technologie Lithium-Polymère utilisée dans les appareils portables les plus évolués.
La technologie d'accumulateurs Lithium Fer Phosphate (LiFePO4) aussi appelés LFP utilisés sur les dernières générations d'appareils autonomes offre de nombreux avantages par rapport à la technologie de batteries Li-ion au Lithium Dioxyde de cobalt (LiCoO2) que l’on retrouve aujourd’hui dans la majorité des appareils électroniques : smartphones, tablettes, ordinateurs portables, téléphones mobiles. 


Lithium ion
Li-ion (NMC)
Lithium polymère
Li-Po
Lithium fer phosphate
LiFePO4
Energie stockée
Wh/kg décharge rapide en 30 minutes
190
150
120
Durée de vie
Nbre de cycle
300 à 500
300 à 400
2000
Coûts
en € par Wh
0,65 €
0,7 €
0,9 €
Dangerosité

Risques d’explosion et d’incendie
Risques d’incendie
Dégagement de chaleur

Les accumulateurs LiFePO4 supportent théoriquement jusqu'à 3000 cycles de recharge. Dans la pratique ils couvrent sans difficulté 2000 cycles. Leur durée de vie peut ainsi atteindre ainsi 10 ans ce qui compense largement le surcoût de cette technologie. De plus, la résistance interne diminue au lieu d'augmenter avec le vieillissement ce qui permet de maintenir les performances des lampes.
Les batteries LFP n'ont pas d'effet mémoire. Elles supportent des courants de charge et de décharge élevés ce qui leur permet de fournir beaucoup de puissance en peu de temps et d'être rechargées rapidement. C’est pourquoi ces batteries sont aujourd'hui principalement utilisées en robotique et dans les véhicules hybrides.
Le risques d'incendie par court-circuit interne est plus faible que pour les accumulateurs Li-ion et les batteries lithium fer phosphate peuvent être utilisées jusqu'à une température de 70°C. Les lampes torches ainsi équipées résisterons à des contraintes d'environnement plus sévères. Elles sont donc parfaitement adaptées pour une utilisation sur des chantiers, pour assurer la sécurité des biens et des personnes ainsi que dans l’industrie.

Quels éclairages portatifs proposés par Elumeen utilisent des accumulateurs LFP ?

Elumeen commercialise depuis plusieurs années des lampes torches rechargeables de la marque Ledlenser qui mettent en oeuvre des accumulateurs LFP sous la dénomination commerciale Safety Ytrion Cell