Sécurité de l'hydrogène

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Il des 'éléments à prendre en compte pour aider à concevoir des systèmes permettant d'éviter les accidents lors de la manipulation de l'hydrogène, l'un des principaux dangers de l'hydrogène est son extrême inflammabilité^[8].

L'inertage des chambres et la purge des conduites de gaz constituent des procédures de sécurité standard importantes lors du transfert d'hydrogène. Pour une inertage ou une purge correcte, il est impératif de tenir compte des limites d'inflammabilité. À pression atmosphérique normale, la limite d'inflammabilité est de 4 % à 75 %. Basé sur le pourcentage volumique d'hydrogène dans l'oxygène, elle est de 4 % à 94 %, tandis que la limite de détonation de l'hydrogène dans l'air est de 18,3 % à 59 % par volume^{[1],[9],[10],[11],[12]}. En pratique, ces limites d'inflammabilité peuvent souvent être plus strictes, car les turbulences lors d'un incendie peuvent provoquer une déflagration susceptible d'engendrer une détonation . À titre de comparaison, la limite de déflagration de l'essence dans l'air est de 1,4 % à 7,6 %, et celle de l'acétylène dans l'air^[13], de 2,5 % à 82 %.

Par conséquent, lorsque des équipements sont ouverts à l'air avant ou après un transfert d'hydrogène, des conditions spécifiques doivent être prises en compte, contrairement au transfert d'autres gaz pour lesquels la sécurité n'aurait posé problème qu'en une moindre mesure. Des incidents se sont produits en raison d'une inertisation ou d'une purge insuffisante, ou parce que l'introduction d'air dans l'équipement a été sous-estimée. (par exemple, lors de l'ajout de poudres), causant une explosion^[14]. C'est pourquoi les procédures et les équipements sont souvent spécifiques à l'hydrogène, et les raccords ou le marquage d'une conduite doivent souvent être complètement différents afin de garantir le respect de ces procédures, car de nombreuses explosions se sont produites simplement parce qu'une conduite d'hydrogène a été accidentellement raccordée à une conduite principale ou parce que celle-ci a été confondue avec une autre^{[15],[16],[17]}.

L'énergie minimale d'inflammation de l'hydrogène dans l'air est l'une des plus faibles parmi les substances connues (0,02 mJ), et les mélanges hydrogène-air s'enflamment avec un dixième de l'énergie nécessaire pour enflammer les mélanges essence-air^[1],[9]. Toute source d'inflammation potentielle doit donc être examinée avec soin. Chaque appareil électrique, liaison ou mise à la terre doit être conforme aux exigences de classification des zones dangereuses^[18],[19]. Toute source potentielle d'accumulation d'électricité statique (comme certains systèmes de ventilation ^[20] ) doit être minimisée, par exemple au moyen de dispositifs antistatiques^[21].

Les procédures de travaux à chaud doivent être rigoureuses, complètes et appliquées avec soin ; elles doivent inclure la purge et la ventilation des zones en hauteur ainsi que le prélèvement d’échantillons d’atmosphère avant toute intervention. Les équipements au plafond doivent également être conformes aux exigences relatives aux zones dangereuses (NFPA 497)^[14]. Enfin, l’utilisation de disques de rupture est proscrite, car ils constituent une source d’inflammation fréquente à l’origine de nombreuses explosions et incendies. Il convient d’utiliser à la place d’autres systèmes de décompression, tels qu’une soupape de sûreté^[22],[23].

Il existe quatre principales propriétés chimiques à prendre en compte lorsqu'on travaille avec l'hydrogène pouvant entrer en contact avec d'autres matériaux même dans des conditions normales de pression et de température atmosphériques :

• La chimie de l'hydrogène est très différente de celle des produits chimiques traditionnels, notamment en raison de son oxydation dans l'air ambiant. Négliger cette chimie particulière a engendré des problèmes dans certaines implantations industrielle chimiques^[24]. Un autre aspect à prendre en compte est la possibilité que l'hydrogène soit généré comme sous-produit d'une autre réaction, par exemple la réaction entre le zirconium et la vapeur d'eau^[25],[12]. Ce risque peut être partiellement atténué grâce à l'utilisation de recombinateurs autocatalytiques passifs.
• Un autre point important à considérer est la compatibilité de l'hydrogène avec certains autres matériaux de construction courants comme l'acier^[26],[27]. En raison d'une fragilisation par l'hydrogène, la compatibilité des matériaux avec l'hydrogène fait l'objet d'une attention particulière^[12].
• Ces considérations peuvent changer en raison de réactions spécifiques à haute température^[12].
• La diffusivité de l'hydrogène est assez différente de celle des gaz ordinaires, et par conséquent, les matériaux de joints doivent être choisis avec soin^[28],[29].
• Les forces de flottabilité et les contraintes exercées sur les corps mécaniques concernés sont souvent inversées par rapport aux gaz standards. Par exemple, en raison de la flottabilité, les contraintes sont souvent prononcées près du sommet d'un grand réservoir de stockage^[30],[12].

Ces quatre facteurs sont pris en compte dès la conception initiale d'un système utilisant de l'hydrogène et sont généralement gérés en limitant le contact entre les métaux sensibles et celui-ci, notamment par l'espacement, le traitement électrolytique, le nettoyage de surface, le choix des matériaux et l'assurance qualité lors de la fabrication, du soudage et de l'installation. Sinon, les dommages causés par l'hydrogène peuvent être gérés et détectés par des équipements de surveillance spécialisés^[31],[14].

L'emplacement des sources d'hydrogène et des canalisations doit être choisi avec soin. L'hydrogène étant un gaz plus léger que l'air, il s'accumule sous les toits et les avant-toits ( zones dites de piégeage ), où il présente un risque d'explosion^[12]. Si beaucoup sont familier avec la protection des installations des vapeurs plus lourdes que l'air, mais sont peu habitués de l'importance de surveiller les zones situées en hauteur^[30]. L'hydrogène peut également pénétrer dans les canalisations et les suivre jusqu'à leur destination. Les canalisations d'hydrogène doivent donc être clairement identifiées et installées au-dessus d'autres canalisations afin de prévenir tout incident^[8],[14].

Même avec une conception adéquate, les fuites d'hydrogène peuvent entretenir la combustion à de très faibles débits, aussi bas que 4 microgrammes par seconde^[1],[10]. C'est pourquoi, la détection est importante. Les capteurs d'hydrogène ou un catharomètre permettent une détection rapide des fuites afin de garantir l'évacuation de l'hydrogène et la localisation de la fuite. Des rubans spéciaux peuvent être ajoutés autour de certaines canalisations ou à certains endroits pour la détection de l'hydrogène. Une méthode classique consiste à ajouter un odorisant à l'hydrogène, comme c'est le cas pour le gaz naturel. Dans les piles à combustible, ces odorisants peuvent contaminer les piles, mais les chercheurs étudient d'autres méthodes de détection de l'hydrogène : traceurs, nouvelles technologies d'odorisants, capteurs avancés, etc. ^[1]

Bien que les flammes d'hydrogène soient difficiles à voir à l'œil nu (on parle alors de « flamme invisible »), elles sont facilement détectables par les détecteurs de flammes UV/IR. Plus récemment, des détecteurs multi-IR ont été mis au point, permettant une détection encore plus rapide des flammes d'hydrogène^[32],[33]. Ceci est crucial pour lutter contre les incendies, car la méthode privilégiée consiste à stopper la fuite à sa source. En effet, dans certains cas (notamment avec l'hydrogène cryogénique), l'arrosage de la source avec de l'eau peut provoquer du givrage, susceptible d'entraîner une rupture secondaire^[34],[30].

Outre les problèmes de flammabilité, dans des espaces fermés, l'hydrogen peux aussi agir comme un gaz asphyxiant. Il faut donc s'assurer qu'une ventilation est fonctionnelle pour gérer ces deux problèmes quand ils se produisent, étant généralement sûr de rejeter de l'hydrogène dans l'atmosphère. Cependant, en plaçant et concevant de tels systèmes de ventilation, il faut prendre en compte que l'hydrogène tend à s'accumuler dans les plafonds et les parties hautes des structures, plutôt que sur le sol. Beaucoup de dnagers peuvent êtres minimisés par le fait que l'hydrogen vole rapidement et se disperse souvent avant ignition^[35],[36].

Dans certaines situations d'urgence ou de maintenance, l'hydrogène peux aussi être torché^[37],[38]. Par exemple, une mesure de sécurité dans certains véhicules utilisant de l'hydrogène est qu'ils torchent le carburant si le véhicule est en feu, consumant complètement et avec peu de dommages le véhicule, contrairement aux résultats attendus dans un véhicule à gasoline^[39].

Idéallement, aucun feu ou explosion ne se produit, mais les ateliers doivent être conçus de manière à ce que si une ignition se produit, cela minimise les dégâts additionnels. Une séparation minimum entre les stockages d'hydrogène doit être considérée, avec une pression desdittes unités de stockages. Les ventilations d'explosion doivent mener à l'extérieur pour que les autres parties du bâtiment ne soient pas touchés. Dans certaines situations, cela se traduit par un toi qui peux être plus facilement détruit que le reste de la structure en cas d'explosion^[14].

L'hydrogène liquide a une chimie légèrement différente comparé aux autres produits chimiques cryogéniques, et comment l'air accumulé peux aisément contaminer l'hydrogène liquide, formant une mixture instable avec des capacités de détonation similaires à celles de la TNT et autres matériaux hautement explosifs. Pour cela,l'hydrogène liquide demande une complexe technologie de stockage comme des containeurs spéciaux thermiquement isolés, et demande des manipulations spéciales communes à toutes les subtances cryogéniques. Cela est similaire, mais de manière plus stricte, avec l'oxygène liquide. Même avec des conteneurs thermiquement isolés, il est difficile de garder une température aussi froide, et l'hydrogène va graduellement fuiter. Tipiquement, il s'évaporera à un taux d'1% par jour^[40],[41].

Le principal danger lié à l'hydogène cryogénique et qu'il est connu comme BLEVE (boiling liquid expanding vapor explosion : Explosion de vapeur en expansion de liquide bouillant)^[42]. Un danger secondaire est le fait que beaucoup de matériaux passent de ductile à fragile dans des températures extrêment froides, donnant de nouveaux endroits où les brèches pourraient se former^[12].

Avec les travaux traditionnels d'entrainement à la sécurité, les checklist, permettant de prévenir les étapes communement sautées ( par exemple, tester les points en hauteur dans l'environnement de travail), sont souvent implémentées, avec les instructions sur les dangers situationnels qui viennent de facto avec l'utilisation de l'hydrogène^[14],[43].

Summarize Timeline Top Qs Fact Check

Date	location	Description	Cause suspectée
6 mais 1937	Naval Air Station Lakehurst	Alors que le Zeppelin Hidenburg approchait de l'atterrissage, un feu détona dans une des poches d'hydrogène de l'engin, causant la rupture des cellules et provoquant la chute du vaisseau au sol par l'arrière. L'incendie a ensuite voyagé jusqu'à l'avant, touchant les autres cellules.	Malgré les nouvelles stations enregistrant le désastre sur film, et les témoignages de témoins parmi la foule et les personnes au sol, la cause du feu initial ne fut jamais totalement déterminée.[réf. nécessaire][citation needed]
5 avril 1975	Ilford, UK	Un séparateur d'oxygène explose, dû à l'arrivée d'hydrogène. La libération soudaine de la soude caustique qui en résulte exposa une personne qui mourut plus tard de ses brûlures.	mélange d'hydrogène et d'oxygène en raison de la rupture d'une cellule électrolyse[44].
28 janvier 1986	Au dessus de l'océan Atlantique,à l'est du centre spatial Kennedy.	Un large réservoir LH2 rompt et explose, tuant 7 astronautes à bord de la navette spatiale Challenger	Un joint torique défectueux sur le propulseur à propergol solide, permettant à des gaz chauds et des flammes de toucher le réservoir externe LH2, causant la fragilisation puis l'explosion de la paroi du réacteur. La poussée causée par le contenu du réservoir provoque la rupture du réservoir LOX au dessus, et son contenu de LH2/LOX détonne, détruisant l'orbiteur dans l'explosion.
1999	Hanau, Germanie	Explosion d'un large réservoir chimique utilisé pour stocker de l'hydrogène pour la fabrication de procédé.	Le réservoir était conçu pour se coucher sur son côté, mais il s'est mis vers le haut à la place. Les forces vers le haut du réservoir ont causé sa rupture et son explosion[30].
Janvier 2007	Muskingum River Coal Plant (propriété de et opéré par AEP)	Une explosion d'hydrogène compressé durant une livraison à Muskingum River Coal Plant a causé des dommages importants et ont tué une personne[45],[46],[47].	Une rupture prématurée du disque de relâchement de pression utilisé pour compresser le système de refroidissement de l'hydrogène[48].
2011	Fukushima, Japon	Trois bâtiments de réacteurs ont été endommagés suite à l'explosion d'hydrogène.	Les barres de combustibles exposées devinrent très chaudes et réagirent avec la fumée, relâchant de d'hydrogène[49],[50]. Le compartiment était rempli d'azote inerte, qui empêchait l'hydrogène de brûler dans le compartiment. Cependant, l'hydrogène a fuité du compartiment dans le bâtiment du réaction, où il s'est mêlé avec de l'air et explosa[51]. Pour prévenir d'autres explosions, les trous de ventilation ont été ouverts au sommet du bâtiment de réacteur restant.
2015	La raffinerie groupe de plastique Formosa à Taïwan	Explosion de l'usine chimique	Causé par de l'hydrogène fuitant d'un tuyau[52].
12 février 2018 13:20	Diamond Bar, une banlieue de Los Angeles, CA	Sur le chemin d'une station FCV, un camion transportant 24 réservoirs d'hydrogène compressé pris feu. Cela causa l'évacuation d'initialement d'un mile d'envergure autour de la zone du Diamond Bar. Le feu prit sur le camion vers 13h20 à l'intersection du South Brea Canyon road et Golden Springs Drive, selon le répartiteur du département d'incendies de Los Angeles[53],[54].	Le Conseil national de la sécurité des transports a lancé une enquêete[55].
Aout 2018	Veridam El Cajon, CA	Un camion de livraison transportant de l'hydrogène liquide prit feu à l'installation de manufacture de Verdidiam.[56] dans le El Cajon, Californie[57].	La cause du feu n'est pas connue[58].
Mai 2019	Spécialité AB en silicones dans le Waukegan, Illinois	Une explosion tue 4 travailleurs et en blesse sérieusement un cinquième	Erreur d'opérateur ajoutant un mauvais ingrédient[59],[24]
23 Mai 2019	Technopark de Gangwon en Gangneung, Corée du sud	Un conteneur d'hydrogène a explosé, tuant deux personnes et en blessant six[60],[61].	Infiltration d'oxygène dans les réservoirs d'hydrogène[62].
Juin 2019	Air Products and Chemicals, installation en Santa Clara, Californie	Explosion d'un camion-citerne, endommageant les installations de remplissage d'hydrogène.	Fuite dans le tuyau de transfert[63]. Cela a résulté dans l'arrêt de plusieurs stations de carburant à hydrogène dans la zone de San Francisco.
Juin 2019	Norvège	Une station-service Uno-X subit une explosion[64], résultant en la mise à l'arrêt de toutes les stations services Uno-X et une halte temporaire dans les ventes de véhicules à piles combustibles dans le pays[65].	Les enquêteurs ont déterminé que ni l'électrolyseur ni le distributeur utilisés par les clients avaient quelque chose à voir avec l'incident..[66],[67] À la place, Nel ASA a annoncé que la racine de l'incident a été identifiée comme un assemblage d'erreurs dans l'utilisation d'un certain bouchon d'un réservoir d'hydrogène dans l'unité de stockage de haute pression[68].
Décembre 2019	Une installation Airgas dans le Waukesha, Wisconsin	Une explosion de gaz causant des blessures à un travailleur et provoquant des fuites dans deux réservoirs d'hydrogène[69],[70].	inconnue[71].
7 avril 2020	Centrale à hydrogèned'OneH2 Long View	Une explosion a causé des dommages significatifs aux bâtiments alentour. L'explosion a été ressentie à plusieurs miles alentours, endommageant près de 60 maisons. Aucune blessure n'a été reportée à cause de l'explosion.	L'incident reste sous enquête[72],[73],[74],[75]. La compagnie a publié une nouvelle publication de presse : The company published a press release: Les systèmes de sécurité hydrogène fonctionnaient efficacement, évitant les blessures lors de l'explosion de l'usine[76].
11 juin 2020	Praxair Inc., 703 6th St. Texas City, Texas	Une explosion s'est produite à l'usine de production d'hydrogène.	Pas plus de détails[77].
30 septembre 2020	Changhua, Taïwan	Un camion citerne à hydrogène a subi un accident de la route et a explosé, tuant le conducteur.	Crash de véhicule[78].
9 août 2021	Station-service de Medupi Dans l'Afrique du Sud	Une explosion dans l'unité 4 du bâtiment	procédure opérateur impropre pendant que le générateur était purgé d'hydrogène[79]
25 février 2022	Detroit, Michigan	Un réservoir d'hydrogène pour un ballon dans un camionntte a explosé, blessant deux personnes.	Le département des incendies de Détroit pense que c'est une fuite dans le réservoir d'hydrogène qui a causé l'explosion[80].
22 avril 2022	Towanda, Pennsylvania	Un réservoir d'hydrogène à Global Tungsten & Powders Corp. a explosé. Un porte-parle de la compagnie a déclaré que cinq employés ont été envoyés à l'hôpital, avec des blessures sans danger vital.	OSHA et la compagnie enquêtent sur l'incident[81],[82].
28 septembre 2022	Vasai, Inde	3 personnes sont mortes et 8 blessées dans l'explosion d'un cylindre d'hydrogène dans une unité industrielle de Maharashtra	Réservoir défectueux[83],[84].
6 février 2023	Delaware County, Ohio	Un camionnette remorquant une remorque transportant des réservoirs d'hydrogène pleins sur la US-23 dans le comté de Delaware, Ohio, explose après un accident. Trois personnes furent blessées et emmenées à l'hôpital avec des blessures mineures.	Crash d'un véhicule[85]
28 avril 2023	Troutman, Caroline du Nord	Un camion-citerne à hydrogène liquide Plug Power ventilant et s'enflammant, causant l'évacuation à un centre de pilot travel à Troutman, Caroline du nord.	Fusée de sécurité et évent dues à une pression excessive[86],[87].
18 juillet 2023	Kern County, California	Un bus de Golden Empire transit fut détruit durant le ravitaillement à son centre de maintenance.	Fuite dans un réservoir[88],[89],[90].
8 août 2023	Lebring, Styrie, Autriche	Un réservoir d'hydrogène en plein air a explosé dans les locaux de HypTec en Autriche, causant des dommages massifs dus à l'onde de pression qui a pu être ressentie 3km aux alentours. Le personnel dans le site était à l'intérieur et seul un employé a subi des blessures mineures.	Fuites dans un réservoir[91],[92]
17 septembre 2023	Nord-ouest de Queensland, Australie	Relâchement d'hydrogène pressurisé dans une implantation chimique dans le nord-ouest de Queensland, résultant en une explosion et un incendie. Trois travailleurs ont été blessés et des dommages ont été faits à l'implantation. L'incident s'est produit lors de la remise en service des équipements après une maintenance programmée de routine. Les travailleurs blessés n'ont pas requis d'hospitalisation.	Défaillance d'une vanne papillon, sous une pression de capteur d'hydrogène d'environ 2000 kPa. Les boulons de la bague de roulement de la vanne papillon n'ont peut-être pas été correctement installés lors de la révision.
26 juin 2024	Gersthofen, Germanie	Un feu a pris après une explosion apparente à une station service à hydrogène nouvellement ouverte dans le centre de transport de marchandises de Gersthofen à Augsbourg. Personne ne fut blessé. La station est restée fermée après l'incident.	Probablement une explosion dans le compresseur[93].
19 septembre 2024	Geismar, Louisiane	Une explosion de gaz d'hydrogène s'est produite à l'uine de diesel renouvelable du groupe d'énergie renouvelable de Chevron. Deux personnes furent sérieusement blessées.	Sous enquête[94].
23 décembre 2024	Chungju, Corée du Sud	Une explosion de gaz se produisit dans un bus après s'être rechargé à une station-service à hydrogène. Trois personnes furent blessées, deux d'entre elles sérieusement.	Sous enquête[95].
17 octobre 2025	Ulsan, Corée du Sud	Deux des cinq victimes d'un incendie de l'usine meurent de brûlures à l'usine de craquelage catalytique fluidisé (FCC) de SK Energy à Yongyeon-dong, Nam-gu, Ulsan.	SK Energy a déclaré : « Le gaz hydrogène restant à l'intérieur du pipeline a explosé lors de son ouverture. » [96]