EXPLOITATION DES NAVIRES CITERNES

Le changement d’état d’un corps pur

 L’eau peut se présenter sous trois formes distinctes, ou phases : l’eau liquide, la glace solide et la vapeur d’eau (figure 1). A pression atmosphérique et à une température supérieure à 0°C, l’eau se présente naturellement à l’état liquide. Pour représenter l’état de l’eau selon une valeur déterminée du couple pression-température, un « diagramme d’état » est utilisé. A chaque valeur du couple (T, P), l’état de l’eau ou de tout autre corps pur simple est entièrement déterminé (liquide, solide ou vapeur). Figure 1: Diagramme d’état d’un corps pur Le diagramme de la figure 1 scinde le domaine en plusieurs régions délimitées par des lignes dites « transitions de phases ». Les deux variables thermodynamiques (T, P) définissent un état d’équilibre naturel et un seul du corps pur. Le diagramme présente un point triple T à la réunion des trois lignes de transition, ce point correspond à la coexistence simultanée des trois phases liquide, solide et vapeur. Pour chaque corps pur, cette température est déterminée expérimentalement. Pour l’eau la température T=273,16 K au point triple. Pour le dioxygène O2, la température au point critique est 54,36 K. La ligne de transition liquide-vapeur s’arrête brusquement au point C appelé « point critique ». Les coordonnées du point C sont également une caractéristique de chaque corps pur. Pour l’eau, elles valent 647,3 K et 218,3 atmosphères

 Equilibre liquide-vapeur 

 On appelle gaz, tout corps pur qui, aux conditions normales de température et de pression (25°C et 1atm), se présente à l’état gazeux. La vapeur désigne la phase sous forme de gaz coexistant avec la phase liquide. Un équilibre est statique si la quantité du produit est faible, il se peut que le produit sous forme liquide dans la bouteille s’est vaporisé complètement et mélangé avec l’air ; on a alors une vapeur sèche, un nouvelle équilibre est atteint parce qu’il n’y a plus de produit à vaporiser. Un équilibre est dynamique si la quantité initiale de produit sous forme liquide est suffisante, l’air est alors saturé et il y autant de molécules de ce produit à vaporiser qu’il s’en condense dans le même temps. Ces conditions d’équilibre sont celles du transport des gaz liquéfiés, toujours à pression de vapeur saturante même si, en pratique, le fait que l’isolation thermique n’est pas parfaite déplace un peu l’équilibre. 

 Pression de vapeur saturante

 La pression de vapeur saturante est la pression de vapeur lorsque le système constitué du produit sous forme liquide et de sa phase vapeur est en équilibre à la température considérée. La pression de vapeur saturante est une fonction croissante de la température. La Tension de vapeur Reid est utilisée pour comparer les volatilités d’une gamme étendue de produits pétroliers. Les composés ayant une pression de vapeur comprise entre 8,5 et 14 psig sont dits « composés à haute pressions de vapeur ». Entre ces composés et les gaz, il existe une classe de composés appelés « semi-gaz ». Le transport de ces composés à haute pression de vapeur nécessite un refroidissement pendant le transport ou bien le stockage dans les citernes pressurisées. 

Densité de vapeur

Comportement d’un produit dans l’air. Elle indique le nombre de fois que les vapeurs d’un produit sont plus denses ou plus légères que l’air (la mesure est prise au point d’ébullition). Ainsi, une densité de vapeur inférieure à 1 indique que le gaz aura tendance à s’élever alors qu’une densité de vapeur supérieure à 1 indique que les vapeurs du produit chimique sont plus lourdes que l’air et auront tendance à se maintenir près du sol. 

 Volatilité 

 Une substance est non volatile lorsque son point éclair est égal ou supérieur à 60°C. Ce produit ne peut pas générer, dans toutes les conditions de températures ambiantes, de mélanges vapeur-air au-dessus de la limite inferieure d’inflammabilité. Les fuels lourds ainsi que les gasoils entrent dans cette catégorie. A l’inverse, un produit dont le point éclair est inférieur à cette limite peut produire, dans des conditions de température accessible en pratique, des mélanges inflammables. Les jets fuels, les essences entrent dans cette catégorie. Un corps est d’autant plus volatil que sa pression de vapeur est basse. Cette caractéristique est importante du point de vue des risques d’incendie et toxicologique car elle détermine la quantité de vapeurs toxique et/ou inflammables que peuvent générer les cargaisons volatiles. 

 Viscosité 

 La viscosité désigne la capacité d’un fluide à s’écouler, la viscosité tend à diminuer lorsque la température augmente. La viscosité influence notablement la capacité de pompage. 

 Densité relative 

La densité relative est le quotient de la masse volumique du produit considéré par la masse volumique de l’eau. La densité relative est une donnée importante, en comparaison avec la densité maximale admissible par une citerne pour éviter que les efforts maximums admissible par le navire ne soient pas dépassés et en prévention incendie, car elle détermine les modalités d’emploi de l’eau en tant qu’agent extincteur. Si le liquide est plus lourd que l’eau et non miscible, l’eau pourra en effet être utilisée pour former un matelas l’isolant de l’air.

 Solubilité dans l’eau

Cette propriété intervient notamment dans l’élaboration de la procédure de lavage des citernes. De grande quantité d’eau seront nécessaires pour enlever toute trace de substances non miscibles dans l’eau. Egalement aussi, et ce point peut être critique pour l’intégrité des citernes, le lavage d’une citerne contenant un gaz soluble dans l’eau tel que l’ammoniac peut provoquer une dépression. Mais cette propriété est surtout importante en lutte contre l’incendie parce que l’eau peut être utilisée sur un produit volatil et miscible pour relever son point éclair et limiter l’émission des vapeurs inflammables. I.1.9 Zone d’inflammabilité : La limite inférieure d’explosivité ou LIE (Tableau 2) est le pourcentage en volume de vapeur nécessaire pour former avec l’air un mélange inflammable. De même, la limite supérieure d’explosivité ou LSE est le pourcentage au-delà duquel le mélange trop riche ne peut plus permettre une combustion. La zone comprise entre ces deux valeurs définit la zone d’inflammabilité. Plus la zone est étendue, plus il est facile de se trouver en présence d’un mélange inflammable et donc plus le risque d’incendie est important. Dessin diagramme d’explosivité : Figure 2: Diagramme d’explosivité Le principe de fonctionnement de la courbe d’explosivité : Le pourcentage en oxygène est projeté suivant l’axe des abscisses, et le pourcentage en hydrocarbure suivant l’axe des ordonnées. Chaque composé chimique a des limites d’inflammabilité inférieure et supérieure qui sont représentés par les points D et C (Figure 2). Ces deux points se déplacent sous l’effet de l’appauvrissement en oxygène pour converger au point E au voisinage de 11%. A ce point, la zone d’inflammabilité disparaît. Dans La zone DEC est le mélange est inflammable et dangereux. Pour plus de sécurité, on garde le pourcentage en oxygène à 8% pendant tous les stades de l’exploitation. Pour des raisons d’inspection ou de travaux dans les citernes, il est impératif de ventiler cette dernière. Pour cela il faut veiller à ce que la courbe FA ne passe dans la zone dangereuse. L’idéal est de descendre le taux d’hydrocarbure jusqu’au point H (dilution dans le gaz inerte) et procéder la dilution dans l’air du point H vers le point A en toute sécurité. Avant de procéder de telles opérations, il faudra mesurer les paramètres (HC/O2). Pour des navires sophistiqués, les paramètres (HC/O2), s’affichent automatiquement dans la chambre de « PC cargaison » (Pupitre Cargaison room : lieu où s’effectue la commande à distance des vannes et des lectures de paramètres). 

 Coefficient d’expansion 

 Le coefficient d’expansion est le phénomène de dilatation de tous les corps, qu’ils soient liquides, gazeux ou solides sous l’action de la chaleur. Pour une cargaison liquide, il est important de connaitre cette donnée pour pouvoir calculer la limite de remplissage des citernes, en autorisant la dilatation du liquide sans risque de débordement malgré l’élévation éventuelle de température attendue pendant le voyage.

 Point éclair : Le point éclair d’une substance volatile est la température minimale à laquelle le liquide émettra suffisamment de vapeurs pour pouvoir former un mélange inflammable avec l’air, au voisinage de la surface ou dans une enceinte donnée. Si la température ambiante est supérieure au point éclair, des vapeurs inflammables sont émises en quantité suffisante pour provoquer un incendie.

 Température d’auto inflammation 

C’est la plus basse température à laquelle il faut porter une matière solide, liquide ou gazeuse pour produire et maintenir sa combustion sans l’intervention d’une étincelle ou d’une flamme. 

 Electricité statique

L’électricité statique présente des risques d’incendie et d’explosion lors de la manipulation de liquides inflammables et pendant d’autres opérations à bord de bateaux-citernes, par exemple le nettoyage, le sondage, le jaugeage par le creux et l’échantillonnage de la citerne. Certaines cargaisons ont la propriété d’accumuler des charges électriques qui peuvent être libérées soudainement sous forme de décharges électrostatiques comportant une énergie suffisante pour enflammer des mélanges inflammables de gaz de produit et d’air.