Les 10 principaux gaz inflammables – Caractéristiques, LIE/LSE, FDS

En ce qui concerne les gaz inflammables, on parle de gaz naturels (par exemple le méthane), de substances pures inflammables (par exemple l’hydrogène) et de produits d’évaporation de substances ou de liquides inflammables et volatils (par exemple l’acétone).

Lorsqu’on travaille avec des gaz inflammables et explosifs, il est essentiel de connaître les limites de travail de ces substances. C’est pourquoi vous devez toujours lire les fiches de données de sécurité qui accompagnent les produits avec lesquels vous allez travailler, afin de rester informé des risques.

Dans cet article, nous abordons les caractéristiques des gaz inflammables suivants : ammoniac, acétylène, butane, monoxyde de carbone, hydrogène, méthane, propane, éthane, éthylène, silane et trifluorure de chlore.

Définitions officielles des gaz et des vapeurs

Par définition, selon le Système général harmonisé de classification et d’étiquetage des produits chimiques (SGH) : Un gaz inflammable est un gaz qui a un intervalle d’inflammabilité à la température et à la pression standard (STP) de 20 ℃ et 101,3 kPa. Ces conditions sont considérées comme normales.

• Les « gaz » désignent les matières qui sont à l’état gazeux dans des conditions atmosphériques normales. L’hydrogène ou le méthane en sont des exemples.
• Les « vapeurs » désignent les gaz présents au-dessus d’un matériau qui est liquide dans des conditions atmosphériques normales, mais qui émet des gaz dans la plage d’inflammabilité dans ces conditions atmosphériques.

Gaz inertes, oxydants et gaz inflammables

Les gaz sont généralement classés en trois groupes distincts :

• Oxydants
• Gaz inertes
• Gaz inflammables

Un élément inerte ne réagit tout simplement pas avec d’autres éléments, comme les gaz nobles que sont l’hélium, l’argon, le krypton, le néon et le radon. Le dioxyde de carbone est un autre gaz inerte bien connu.

L’oxygène n’est pas inflammable, pas plus que le brome gazeux, mais tous deux sont des agents oxydants et favorisent une combustion vigoureuse. Le brome, seul élément non métallique liquide, ne se transforme en gaz qu’à partir de 58 °C, ce qui n’arrive normalement jamais à la surface de la Terre, où la température la plus élevée enregistrée a été de 56,7 °C dans la Vallée de la Mort en 1913.

Maintenant que nous avons compris ce que sont les oxydants et les gaz inertes, concentrons-nous sur le sujet principal : les gaz inflammables.

Limites d’inflammabilité – Quand un gaz inflammable s’enflamme-t-il ?

Que sont les LIE et les LES ?

Lorsqu’un gaz inflammable se mélange à l’oxygène dans les bonnes proportions et qu’il entre en contact avec une source d’inflammation, il peut provoquer des explosions ou des incendies.

De nombreux appareils électroniques grand public sont susceptibles de produire des arcs électriques, ce qui explique pourquoi ils peuvent devenir des sources d’inflammation. C’est la raison pour laquelle les opérateurs travaillant dans des zones dangereuses doivent utiliser des équipements spécialisés, tels que notre caméra à sécurité intrinsèque.

La limite inférieure d’explosivité (LIE) et la limite supérieure d’explosivité (LSE) sont telles que vous les imaginez : en dessous de la LIE ou au-dessus de la LSE, un gaz autrement combustible ne présente pas de risque d’explosion. Par exemple, l’hydrogène gazeux a une très large plage et crée une atmosphère explosive lorsque la concentration dans l’air dépasse 4 % tout en restant inférieure à 76 %.

Limites d’inflammabilité et limites d’explosivité

La limite inférieure d’inflammabilité d’un gaz inflammable donné détermine la concentration minimale du gaz mélangé à l’air nécessaire pour former un mélange inflammable. En d’autres termes, un gaz inflammable ne peut s’enflammer et provoquer un incendie que s’il est mélangé à l’oxygène dans les bonnes proportions. Cependant, il est important de noter qu’un mélange de gaz inflammable et d’air ne conduit pas nécessairement à la combustion.

Pour de nombreuses substances, les limites d’inflammabilité et d’explosivité sont identiques, c’est pourquoi ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable.

Dans cette optique, on se demande souvent comment plus de 60 % des passagers ont survécu à la chute de 61 mètres et à l’écrasement du dirigeable Hindenburg rempli d’hydrogène en 1937. En termes simples, le gaz qui fuyait s’est enflammé en montant et a rencontré l’air au-dessus des passagers, emportant avec lui une grande partie de la chaleur.

Oui, le matériau soyeux et caoutchouté de l’enveloppe a également brûlé, mais le gaz lui-même était trop concentré pour exploser en soi, brûlant à l’interface où il rencontrait l’air. S’il avait explosé, au lieu de simplement brûler, il n’y aurait eu aucun survivant.

[Tableau] LIE et LSE pour divers gaz combustibles

Bien entendu, les concentrations requises pour atteindre ces niveaux dangereux varient en fonction des différents gaz concernés. Les concentrations inférieures à la LIE sont trop « pauvres » pour exploser ; les concentrations supérieures à la LSE sont trop « riches ». Examinons quelques-uns des gaz les plus courants :

Principales caractéristiques des gaz inflammables les plus courants

L’ammoniac (NH3)

L’ammoniac est un gaz inflammable, principalement utilisé pour produire des engrais pour les cultures. Il est également employé comme réfrigérant commercial en raison de son rapport coût-efficacité et de son rendement ; il est de 3 à 20 % plus efficace que les autres solutions, ce qui signifie qu’il nécessite moins d’électricité pour produire la même quantité de refroidissement. Cela le rend idéal pour les grandes exploitations telles que les patinoires, la préparation et la conservation des aliments, et les besoins importants en climatisation.

Ce gaz inflammable est corrosif et toxique pour l’homme s’il est libéré en grande quantité. Son odeur caractéristique et puissante permet de localiser rapidement les fuites avec peu de perte de réfrigérant, ce qui permet d’économiser sur les coûts de remplacement.

Acétylène (C2H2)

En raison de sa forte explosivité, l’acétylène ne peut pas être comprimé en toute sécurité au-delà de 15 psi (1 atmosphère). C’est pourquoi il est stocké et transporté dans des bouteilles à des pressions plus élevées, dissous dans de l’acétone, qui le stabilise.

Pour éviter que l’acétylène ne se sépare de l’acétone et ne forme un gaz concentré, les bouteilles contiennent un matériau poreux. Il est essentiel de maintenir la bouteille en position verticale pour empêcher l’acétone de pénétrer dans le régulateur, ce qui pourrait entraîner des problèmes de sécurité et de qualité.

Butane (C4H10) – Combustible de cuisson

Le butane est un gaz inflammable bon marché, incolore et abondant. Ses flammes bleues sont idéales pour les besoins de chauffage portables, comme la cuisson. Il est suffisamment sûr pour la cuisson, générant suffisamment de chaleur tout en ayant un rendement énergétique relativement faible. Le butane ne se volatilise pas facilement dans des conditions froides, ce qui en fait l’un des gaz inflammables les plus connus.

L’isobutane, en revanche, n’est pas utilisé comme combustible de cuisson, mais principalement comme réfrigérant. Cependant, l’isobutane est également un gaz extrêmement inflammable, similaire au butane ordinaire. Le butane et l’isobutane ont tous deux quatre atomes de carbone, mais ils diffèrent par leur disposition structurelle : le butane a une structure à chaîne droite, tandis que l’isobutane a une structure ramifiée.

Monoxyde de carbone (CO)

Sous-produit toxique d’une combustion pétrochimique incomplète, le CO est inflammable et peut même être explosif à des concentrations de 12,5 à 74 % dans l’air. La toxicité du CO provient de sa capacité à se lier à l’hémoglobine des globules rouges, les empêchant de fournir suffisamment d’oxygène à l’organisme et de libérer efficacement le CO.

Une exposition à des niveaux aussi faibles que 0,03 % ou 300 ppm peut être fatale, ce qui est nettement inférieur à la concentration requise pour une explosion.

Hydrogène (H2)

Les substances les plus courantes dans l’Univers sont l’hydrogène (capable d’alimenter des réactions nucléaires) et l’hélium (à moins que la matière noire ne s’avère réelle), qui représentent respectivement environ 73 % et 25 % de toute la matière baryonique (composée de protons et de neutrons). Tout le reste entre dans ces 2 % restants, y compris les 116 autres éléments chimiques du tableau périodique.

Vu sous cet angle, c’est plus facile à comprendre : les étoiles sont grandes et les planètes sont petites. Le Soleil est principalement composé d’hydrogène et d’hélium, et mesure 1,4 million de kilomètres de large. L’hydrogène alimente les réactions nucléaires qui permettent au Soleil de brûler. La Terre ne mesure que 12 000 km de diamètre (moins de 1 % de la largeur du Soleil) et c’est la plus dense de toutes les planètes de notre système solaire.

L’hydrogène a ceci de formidable qu’il s’agit d’un gaz inflammable facile à obtenir, qui brûle proprement et dont les seuls sous-produits sont l’eau et la chaleur. C’est l’un des rares gaz inflammables qui n’a pas d’empreinte carbone (hormis les coûts de production).

Méthane (CH4) – Gaz naturel

Le gaz naturel contient de petites quantités d’éthane, de butane, de pentane, de propane et même d’hélium, mais la grande majorité est constituée de méthane. Tous les « anes » sont inodores, donc pour des raisons de sécurité, ils sont parfumés avec quelque chose de très perceptible comme l’éthylmercaptan ou le méthylmercaptan afin que les fuites soient facilement détectées. Cet ajout est ce qui donne au gaz naturel son odeur caractéristique d’œuf pourri.

Propane (C3H8)

12 000 personnes ont été déplacées pendant des mois, voire des années dans certains cas, alors que leurs maisons étaient reconstruites après l’explosion d’un dépôt de propane lors d’un transfert illégal de carburant de camion à camion.

L’incendie qui s’en est suivi a été déclenché par une explosion de vapeur en expansion de liquide bouillant (BLEVE) lorsque les connexions et la mise à la terre ont échoué. L’entreprise a été reconnue coupable de mesures de sécurité inadéquates et toutes ses activités ont été fermées par le gouvernement. Étonnamment, il n’y a eu que deux morts.

Le propane se prête aux besoins en carburant des véhicules portables, des voitures et des bus aux chariots élévateurs à moteur de remorquage, ou comme source d’énergie dans les zones rurales. En effet, il est facile à liquéfier à des pressions et températures ordinaires, et conserve sa capacité à se transformer en gaz même à basse température ambiante (contrairement au butane).

Éthane (C2H6)

Ce gaz inflammable est séparé du pétrole brut dans la plupart des champs pétrolifères, puis traité par cryogénie de sorte que l’éthane se condense sous forme liquide, laissant derrière lui du méthane gazeux (et al). Il est ensuite distillé pour éliminer le propane (et al) jusqu’à ce qu’il ne reste que de l’éthane.

L’éthane est principalement utilisé pour la fabrication d’éthylène destiné à l’industrie plastique, et craqué à la vapeur pour produire de l’éthylène. Cependant, des incursions expérimentales dans la production de polychlorure de vinyle (PVC) sont prometteuses et permettent de réaliser des économies importantes. De même, en raison de son abondance, le vinaigre (acide acétique) peut être fabriqué à peu de frais en Arabie saoudite. Certaines entreprises construisent actuellement des moteurs capables de passer du diesel ordinaire à l’éthane.

Ce gaz inflammable est également utilisé comme réfrigérant cryogénique ultra-rapide pour congeler des échantillons de microscopie électronique contenant de l’eau. L’eau se dilate généralement lorsqu’elle gèle, ce qui provoque la rupture des parois cellulaires et une cristallisation en blocs qui réfléchit les faisceaux d’électrons. L’éthane refroidit suffisamment vite pour éviter cette mésaventure thermique, ce qui rend les échantillons beaucoup plus utiles.

Éthylène (C2H4)

La production d’éthylène, à hauteur de plus de 50 %, est utilisée pour fabriquer des plastiques (par exemple, le polyéthylène). Ce gaz inflammable est oxydé pour produire des tensioactifs chimiques utilisés pour permettre aux détergents d’éliminer la saleté et les huiles des surfaces (mains, vêtements). C’est également le principal composant que nous utilisons pour fabriquer de l’éthanol (alcool) en dehors du brassage et de la distillation.

L’éthylène oxydé peut être transformé en éthylène glycol pour l’antigel des moteurs automobiles par hydrolyse. La production traditionnelle de PVC se fait par oxychloration, tout comme le liquide de nettoyage à sec (perchloroéthylène), entre autres.

Ce gaz se dégage naturellement, mais il est également une enzyme vitale pour la maturation des fruits, déclenchant la croissance des branches, des pousses et des racines, et indiquant aux feuilles quand elles doivent tomber. Cependant, il peut être fabriqué plus facilement que collecté à partir de sources naturelles comme les plantes.

Une nouvelle enzyme (méthylthio-alcaneréductase) a été découverte en 2021. Elle libère de l’éthylène en éliminant le soufre lorsqu’il manque d’oxygène. Cela pourrait en faire une source biologique bon marché pour l’industrie de la fabrication du plastique, réduisant ainsi le besoin d’intrants pétroliers et de combustibles fossiles.

Silane (silicane) (SiH4)

Ce gaz pyrophorique (et toxique) est utilisé pour le dépôt de silicium pur dans la fabrication de semi-conducteurs électroniques, car il se sépare relativement facilement de ses liaisons hydrogène faibles. Cependant, sa nature pyrophorique signifie qu’il s’enflammera spontanément lorsqu’il sera exposé à l’air. Les dangers sont inhérents à ce gaz, qui nécessite donc une manipulation prudente à tout moment.

Les fabricants japonais de cellules solaires ont trouvé un moyen d’atténuer ce danger en le mélangeant à de l’hydrogène gazeux. Leurs cellules solaires se sont avérées encore plus stables qu’auparavant, un avantage gratuit d’une manipulation plus réfléchie.

Trifluorure de chlore (ClF3) – Le gaz le plus inflammable ?

Bien qu’il ne soit pas réellement inflammable en soi, il est composé de deux éléments hautement réactifs, le chlore et le fluor, qui ne sont pas particulièrement enclins à se lier. Considérez-le comme un super-oxygène, favorisant l’oxydation à une échelle effroyable, capable de faire enflammer tout ce qu’il touche. Ajoutez-le à l’eau, par exemple, et il produira du chlore gazeux et de l’acide fluorhydrique, ainsi qu’une chaleur intense. S’il entre en contact avec des matières biologiques (par exemple la peau), il s’enflammera violemment, mais même le sable ou le béton brûleront facilement.

Il est si corrosif qu’il ne peut être stocké que dans du cuivre, du nickel ou des alliages de cuivre-nickel (« Monel »). Ces métaux sont sûrs car ils réagissent pour former une couche d’alliage à base de fluor qui protège le métal sous-jacent de toute interaction ultérieure. Sous sa forme gazeuse, il provoque une irritation du nez et des voies respiratoires, une inflammation des poumons, un œdème (liquide dans les poumons), et l’exposition représente une urgence médicale grave.

Exemples d’atmosphères gazeuses explosives

Comme expliqué précédemment, trois éléments sont nécessaires pour provoquer un incendie ou une explosion : du combustible, de l’oxygène et une source d’inflammation. Cette source d’inflammation peut être un équipement électrique produisant des étincelles ou une surface chaude à haute température.

Examinons des scénarios réels pour comprendre comment les incendies ou les explosions se produisent généralement.

Méthane – Explosions domestiques

Les fuites de méthane sont un danger constant. Ce gaz est plus léger que l’air, ce qui l’empêche de s’accumuler à des niveaux inférieurs. Cependant, le méthane, qui est un sous-produit de l’activité bactérienne dans les systèmes d’égouts, peut s’accumuler sous terre, ce qui présente un risque d’explosion important.

Installations de peinture par pulvérisation – Explosions industrielles

Les industries utilisant des solvants doivent appliquer des protocoles de sécurité stricts. Par exemple, les installations de peinture par pulvérisation utilisent souvent des rideaux d’eau pour piéger les excès de pulvérisation et les acheminer vers une zone de retraitement. En outre, dans certains procédés, les pièces métalliques sont chargées négativement et les pulvérisateurs de peinture sont chargés positivement, ce qui améliore l’efficacité de l’application de la peinture.

Autres sources potentielles de fuite :

• Pendant le processus de remplissage des fûts, un point critique pour la détection et la prévention des fuites.
• Au niveau des brides des systèmes de tuyauterie, où le maintien de l’intégrité des joints est crucial pour éviter les fuites.
• Autour des voyants de contrôle des équipements, car ces composants peuvent être vulnérables aux fuites s’ils ne sont pas correctement entretenus ou installés.

L’industrie pétrolière, qui manipule divers produits volatils inflammables, exige la plus grande prudence. Ses opérations se déroulent en grande partie dans des espaces clos, ce qui garantit que la plupart des sous-produits sont capturés pour être traités ultérieurement, par exemple par craquage et distillation, ou réutilisés pour la production d’énergie ou comme matière première supplémentaire.

Gaz inflammables et fiches de données de sécurité

Il est essentiel de lire attentivement les fiches de données de sécurité (FDS) de tous les gaz inflammables avec lesquels vous travaillez afin de prévenir les incendies, les explosions et autres dangers. Dans presque tous les cas, la loi exige de consulter les FDS avant d’interagir avec un gaz inflammable.

Cela est particulièrement important pour les nouveaux produits, car ils peuvent avoir des caractéristiques très différentes de celles des produits que vous connaissez mieux. La FDS de tout gaz spécifique se trouve généralement sur le site Web du fabricant ou du fournisseur, ainsi que sur le site Web du NIH, qui fait partie du ministère américain de la Santé et des Services sociaux. »

À retenir

En conclusion, il est essentiel de comprendre les gaz inflammables pour prévenir les situations dangereuses. Ces gaz, qui vont des articles ménagers courants comme le dissolvant pour vernis à ongles aux combustibles industriels essentiels, jouent un rôle important dans diverses applications.

Each type of flammable gas, whether it’s ammonia, butane, or another, has its own unique properties and associated risks. Strict adherence to Safety Data Sheets is crucial in mitigating these risks and avoiding hazardous situations.

By staying informed and exercising caution, we can effectively utilize these gases, ensuring safety and well-being in both personal and professional environments.