ADDITION
Explosions d'acétylène.
Lorsque j'ai rédigé la leçon sur les dangers d'explosions d'acétylène (1), aucun accident ne s'était encore produit, j'indiquais simplement un péril possible et je reproduisais le savant rapport lu par M. Vieille au Conseil d'hygiène (2).
Depuis lors ce qu'il était permis de prévoir s'est réalisé et des explosions se sont produites à Berlin, Lyon et Paris.
La dernière, celle qui est survenue à l'usine de M. Raoul Pictet,rue Championnet, le 20 octobre 1896, a vivement ému l'esprit public et a provoqué des craintes analogues à celles qu'a éveillés, il y a un demi-siècle, l'emploi du gaz d'éclairage.
Je suis convaincu que lorsque les ingénieurs, les ouvriers se seront familiarisés avec l'emploi de l'acétylène, lorsque les conditions dans lesquelles il est dangereux auront été scientifiquement précisées, celui-ci entrera dans la consommation courante et y sera accepté comme le gaz luimême.
Nous sommes en ce moment dans la période d'expérimentation et d'apprentissage.
Malheureusement les enquêtes provoquées par ces diverses catastrophes ne sont pas encore publiées, et nous ne connais-
(1) Page 16.
(2j Conseil d'hygiène de la Seine, Séauce du 17 juillet 1806.
262 EXPLOSIONS d'acétylène.
sons les lésions produites sur les vicLimes que par les relations publiées par les journaux politiques. Le côté médicolégal se trouve donc encore mal connu.
Les conditions dans lesquelles peuvent se produire les explosions sont mieux déterminées grâce à un travail publié par MM. Berthelot et Vieille (i).
Il résulte de leurs expériences que sous la pression atmosphérique et à pression constante, la décomposition provoquée en un de ses points ne se propage pas à une distance notable, que cette décomposition soit provoquée par une étincelle, un point en ignition, une amorce au fulminate.
Mais si l'acétylène est soumis à une pression supérieure à deux atmosphères, l'acétylène a les propriétés des mélanges tonnants. La décomposition provoquée par un des moyens précédents se propage à toute la masse.
Les produits de la décomposition sont uniquement constitués par du carbone et de l'hydrogène. La température s'élève à 2 750° environ. La pression développée serait onze fois aussi grande que la pression initiale.
La décomposition se propage également bien dans l'acétylène liquide, même en opérant par simple ignition au moyen d'un fil métallique incandescent.
Dans une bombe en acier de 49 centimètres cubes de capacité, chargée avec 18 grammes d'acétylène liquide, MM. Berthelot et Yieille ont obtenu la pression considérable de 5 564 kilogrammes par centimètre carré. La force explosive del'acétylène liquide e-t doncvoisinedecelledu coton-poudre.
MM. Berthelot et A'ieille terminent leur travail par la relation des expériences dans lesquelles le choc, la perforation du récipient par une balle n'ont pas déterminé l'explosion de l'acétylène liquide.
(I) Berthelot et Vieille, Comptes rendus del'Acad. des Sciences, 5 octobre 189G.
PROPRIÉTÉS EXPLOSIVES DE l'aCÉTYLÈXE. 263
Mais ils signalent les dangers de l'élévation de la température provoquée au moment de la fabrication par le contact de l'eau et du carbure de calcium, de la compression et de la décompression brusque, pouvant amener une élévation de température suffisante pour déterminer la décomposition de l'acétylène en ses éléments. Enfin si un choc capable de rompre une bouteille ne provoque pas une explosion directe, la friction des éléments métalliques les uns contre les autres ou contre des objets extérieurs est susceptible d'enflammer le mélange tonnant constitué par l'air et l'acétylène.
Tel est en ce moment l'état de la question. Nous ne pourrons en signaler le côté médical que lorsque les rapports auront été publiés.
par MM. Berthklot et Vieille (1). — « L'acétylène est un composé endothermique, dont la décomposition en éléments dégage à peu près la même quantité de clialeur que la combustion d'un volume égal d'hydrogène, formant de la vapeur d'eau. Ce caractère, découvert par M. Berthelot, l'a conduit à faire détoner Facélylène au moyeu de l'aclion excilatrice de l'amorce au fulminate de mercure, en opérant à volume constant (2).
«L'importance industrielle acquise récemment par l'acétylène dans l'éclairage nous a engagés à rechercher les conditions précises dans lesquelles ses propriétés explosives étaient susceptibles de se manifester, et, par conséquent, à signaler les précautions que réclame son emploi pour la pratique.
(c L Influence de la pression. — Sous la pression atmosphérique et à pression constante, l'acétylène ne propage pas, à une distance notable, la décomposition provoquée en un de ses points. Wi l'étincelle, ni la présence d'un point en ignition, ni même l'amorce au fulminate, n'exercent d'action, au delà du voisinage de la région soumise directement à réchauffement ou à la compres-
(1) Acacl. des Sciences, séance du 5 octobre 180G.
[f) Berthelot, Sur la force des matières explosives, t. I, p. 109.
si07i. MM. Maquenne et Dixon ont publié, sur ce poini, des observations intéressantes.
« Or nous avons observé qu'il en est tout aulrement, dès que la condensation du gaz est accrue, et sous des pressions supérieures à deux atmosphères. L'acétylène manifeste alors les propriétés ordinaires des mélanges tonnants. Si l'on excite sa décomposition par simple ignition en un point, à l'aide d'un simple fil de platine ou de fer, porté à l'incandescence au moyen d'un courant électrique, elle se propage dans toute la masse, sans affaiblissement appréciable.
(c Nous avons observé ce phénomène sous des longueurs de 4 mètres, dans des tubes de 20 millimètres de diamètre. Celte propriété peut être rapprochée de l'abaissement de la limite de combustibilité des mélanges tonnants sous pression : elle est vraisemblablement générale dans les gaz endothermiques.
« Décomposition de Vacétylène gazeux. — Le tableau suivant renferme les pressions et les durées de réaction, observées lors de l'inflammation de l'acétylène au moyen d'un fil métallique rougi au sein de la masse gazeuse, sous diverses pressions initiales :
Pression
Pression
Durées
Rapport des
initi aie
obser V ée
de réaction
pressions
absolue
aussitôt
en millièmes
initiales et
'. par c. q.).
après réaction.
do seconde.
finales.
Kg.
Kg.
« La dernière vitesse est encore très inférieure à celle de l'onde explosive dans le mélange oxhydrique.
« Après la réaction, si l'on ouvre l'éprouvette en acier, munie d'un manomètre Crusher, dans laquelle a été opérée la décomposition, on la trouve entièrement remplie d'un charbon pulvérulent et volumineux, sorte de suie légèrement agglomérée, qui
épouse la forme du récipient et peut en être retirée sous la forme d'une masse fragile. Quant au gaz provenant de la décomposition, il a été trouvé formé d'hydrogène pur. Aussi la pression flnale, après refroidissement, est-elle exactement égale à la pression initiale.
« La décomposition s'effectue donc suivant la formule Ihéorique
« Le tableau ci-dessus montre que, sous des pressions initiales de 21 kilogrammes environ, tensions égales à la moitié de la tension de vapeur saturée de l'acélylène liquide, à la température ambiante de 20°, l'explosion décuple la pression initiale.
« La température développée au moment de la décomposition explosive peut être évaluée de la façon suivante :
« La chaleur produite serait de +o8''*',l, si le carbone se séparait à l'état de diamant; mais pour l'état de carbone amorphe, elle se réduit à + 51'=''', 4. D'autre part, la chaleur spécifique à volume constant de l'hydrogène, H-, à haute température, est représentée, d'après son expérience, par la formule
4,8 +0,0016 (^ — IGOO).
« Admettons la chaleur spéciflque moyenne, déterminée par M. Violle pour les hautes températures, nous aurons pour C^^ 28 grammes la valeur
« D'après ces nombres réunis et l'équation du second degré correspondanl , la température de la décomposition à volume conslant serait
^ = 2750° environ.
« Enfla la pression développée serait onze fois aussi grande que la pression initiale ; ce qui s'accorde sullisamment avec les résultats observés sous des pressions initiales de 21 kilogrammes, pressions assez fortes sans doute pour que le refroidissement produit par les parois puisse être négligé.
(' Pour des pressions moindres, le refroidissement intervient en
abaissant les températures, dont la vitesse des réactions est fonction, et même fonction variant suivant une loi 1res rapide.
« Ainsi, la durée de la décomposition de l'acétylène décroît rapidement, à mesure que la pression augmente, et cela non seulement à cause de l'influence moindre du refroidissement, mais aussi par l'effet de la condensation. Observons, d'ailleurs, que le rapport entre la pression initiale et la pression développée est calculé ici d'après les lois des gaz parfaits. Or, ce rapport doit s'élever de plus en plus au delà de la limite précédente, quand les pressions initiales deviennent plus considérables, en raison de la compressibilité croissante du gaz; celle-ci faisant croître la densité de chargement plus vite que la pression, à mesure que le gaz s'approche de son point de liquéfaction.
« En même temps que la pression croît, la vitesse de la réaction, disons-nous, augmente, celle-ci s'accélérant avec la condensation gazeuse, et l'on tend de plus en plus à se rapprocher de la limite relative à l'état liquide. Ce sont là des relations générales, établies par les recherches de M. Berthelot, et notamment par ses expériences sur la formation des éthers. L'acétylène liquéfié en fournit de nouvelles vérifications.
(c Décomposilio7i de Vacétyléne liquide. — En effet, la réaction se propage également bien dans l'acétylène liquide, même en opérant par simple ignition, au moyen d'un fd métallique incandescent.
« Dans une bombe en acier, de 48<^'',9(j de capacité, chargée avec 18 grammes d'acétylène liquide (poids évalué d'après le poids de charbon recueilli), on a obtenu la pression considérable de b 364 kilogrammes par centimètie carré.
« Cette expérience conduit à attribuer à l'acétylène une force explosible de 9 oOO, c'est-à-dire voisine de celle du coton-poudre. La bombe renferme un bloc de charbon, aggloméré par la pression, à cassures brillantes et conchoïdales. Ce charbon ne renferme que des traces de graphite, d'après l'examen qu'a bien voulu en faire M. Moissan.
« La décomposition de l'acétylène liquide par ignition simple est relativement lente. Dans une expérience (n" 41) pour laquelle la densité de chargement était voisine à 0,13, la pression maximum de 1 300 kilogrammes par centimètre carré a été atteinte en 9"'',41 (9 millièmes de seconde). Le tracé recueilli sur son cy-
lindre enregistreur indique un fonctionnement statique de l'appareil Crusher, en deux phases distinctes, l'une durant environ un millième de seconde (soit 1™%17), élève la pression à -1 500 kilofirammes au bout de 9™%41, en tout. Ces deux phases répondent, probablement, l'une à la décomposition de la partie gazeuse, l'autre à celle de la partie liquide.
« Nous avons retrouvé les mêmes caractères de discontinuité dans plusieurs tiacés, concernant la décomposition de mélanges gazeux et liquides.
« Il résulte de ce qui précède que loules les fois qu'une masse d'acétylène gazeuse ou liquide, soits pression, et suitout à volume constant, sera soimiise à une action susceptible d'entraîner la décomposition de l'un de ses points, et, par suite, une élévation locale de température correspondante, la réaction sera susceptible de se propager dans toute la masse. II reste à examiner dans quelles conditions cette décomposition en éléments peut être obtenue.
« 11. Effets du choc. — On a soumis au choc, obtenu soit par chute libre du récipient, soit par l'écrasement au moyen d'un mouton, des récipients en acier de 1 litre environ, chargés, les uns d'acétylène gazeux comprimé à 10 atmosphères, les autres d'acétylène liquide, à la densité de chargement 0,3 (300 grammes au litre).
K La chute réitérée des récipients tombant d'une hauteur de 6 mètres sur une enclume en acier de grande masse n'a donné lieu à aucune explosion.
« L'écrasement des mêmes récipients, sous un mouton de 280 kilogrammes tombant de 6 mètres de hauteur, n'a produit ni explosion ni inflammation, dans le cas de l'acétylène gazeux comprimé à 10 atmosphères.
« Pour l'acétylène liquide, dans notre expérience, le choc a été suivi à faible intervalle d'une explosion. Ce phénomène paraît attribuable, non à l'acétylène pur, mais à l'inflammation du mélange tonnant d'acétylène et d'air, formé dans l'instant (jui suit la rupture du récipient. L'inflammation est déterminée sans doute par les étincelles que produit la friction des pièces métalliques projetées. Ce qui nous amène à cette opinion, c'est l'examen de la bouteille. En efl'et, celle-ci a été simplement rompue par le choc, sans fragmentation, ni trace de dépôt charbonneux ;
d'où il résulte que l'acétylène n'a pas été décomposé en ses éléments, mais qu'il a simplement brûlé sous l'influence de l'oxygène de l'air.
« De semblables inflammations, consécutives à la rupture violente d'un récipient chargé de gaz combustible, ont, du reste, été observées dans de nombreuses circonstances, et notamment dans certaines ruptures de récipients chargés d'I^ydrogène, comprimé à plusieurs centaines d'atmosphères.
« Une bouteille en fer forgé, chargée d'acétylène gazeux comprimé à 10 atmosphères, a subi également sans explosion le choc d'une balle animée d'une vitesse suffisante pour perforer la paroi antérieure et déprimer la seconde paroi.
« Détonation par une amorce au fulminate.
« Une bouteille de fer, chargée d'acétylène liquide, a été munie d'une douille mince, permettant d'introduire une amorce de is^'jS de fulminate de mercure, au milieu du liquide. Le tout a détoné avec violence, par l'inflammation de l'amorce. La fragmentation de la bouteille présentait les caractères observés dans remploi des explosifs proprement dits. Les débris sont recouverts de carbone, provenant de la décomposition de l'acétylène en ses éléments.
« III. Effets caloriques. — Plusieurs causes d'élévation de température locale paraissent devoir être signalées dans les opérations industrielles de préparation, ou d'emploi de l'acétylène.
« i° La première résulte de J'attaque du carbure de calcium en excès par petites quantités d'eau, dans un appareil clos. M. Pictet a rapporté un accident de cette nature. Il a lieu dès lors de redouter, dans la réaction de l'eau sur le carbure, des élévations de température locales, susceptibles de porter quelques points de la masse à l'incandescence : l'ignitiôn de ces points suffi- ?ant, d'après les expériences que nous venons d'exposer, pour déterminer l'explosion de toute la masse du gaz comprimé.
« L'élévation locale de la température ainsi provoquée peut d'ailleurs développer des effets successifs, c'est-à-dire déterminer d'abord la formation des polymères condensés de l'acétylène (benzine, styrolène, hydrure de naphtaline, etc.), étudiés en détail par l'un de nous (A)i?u//es de chimie et de physique, 4'' série, t. XII, p. 32; 1867). Cette formation même dégage delà chaleur, et la température s'élève ainsi, dans certaines conditions, jusqu'au
degré où la décomposiLion de l'acétylène eu ses éléments devient totale, et même explosive.
« 2" D'autres causes de danger, dans les opérations industrielles, peuvent résulter des phénomènes de compression brusque, lors du chargement des réservoirs du gaz; ainsi que des phénomènes de compression adiabatique, qui accompagnent l'ouverture brusque d'un récipient d'acétylène sur un détenteur, ou sur tout autre réservoir de faible capacité. On sait, en effet, qu'il a été établi, par des expériences effectuées sur des bouteilles d'acide carbonique liquide, munies de leur détenteur, que l'ouverture brusque du robinet détermine, dans ce détenteur, une élévation de température susceptible d'entraîner la •carbonisation de copeaux de bois, placés dans son intérieur. Dans le cas de l'acétylène, des températures de cet ordre pourraient entraîner une décomposition locale susceptible de se propager, a rétro, dans le milieu gazeux maintenu sous pression, ■et jusqu'au réservoir.
« 3° Un choc brusque, dû à une cause extérieure capable de rompre la bouteille, ne paraît pas de nature à déterminer directement l'explosion de l'acétylène. Mais la friction des fragmenis métalliques les uns contre les autres, ou contre les objets extérieurs, est susceptible d'enflammer le mélange tonnant, constitué par l'acétylène et l'air, mélange formé consécutivement à la rupture du récipient.
« En résumé, il nous a paru utile et nécessaire de définir plus complètement, au point de vue théorique, et par des expériences précises, le caractère explosif de l'acétylène, et de signaler, au point de vue pratique, quels accidents peuvent se produire, dans les conditions de son emploi. Hàtons-nous d'ajouter que ces inconvénients ne sont pas, à nos yeux, de nature à compenser les avantages que présente cette matière éclairante, et à en limiter l'usage. Il est facile, en effet, de parer à ces risques par des dispositions convenables, indiquées par nos expériences; telles que, d'une part, l'opérateur évite un écoulement trop brusque du gaz comprimé au travers des détenteurs, et que, d'autre part, il prenne soin d'absorber à mesure la chaleur produite par les compressions et réactions intérieures des appareils, de façon à y prévenir toute élévation notable de température. »
TABLE DBS MATIERES
Préface v
Définition 3
Questions médico-légales 4
