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La présence de moteurs en zone explosive impose un cahier des charges des plus rigoureux. Dans le respect des certifications ATEX et IECEx, les fabricants de moteurs actifs dans ces conditions particulières doivent respecter les exigences des directives et des normes principales CEI/EN relatives aux moteurs électriques.
Une ATmosphère EXplosive (ATEX) est un mélange avec l’air, dans les conditions atmosphériques (-20ºC à 60ºC et 0,8 bar (80 kPa) à 1,1bar (110 kPa)), de substances inflammables sous forme de gaz, vapeurs ou poussières dans lequel, après inflammation, la combustion se propage à l’ensemble du mélange non brûlé.
De nombreux secteurs sont concernés :
• Agroalimentaires
• Pharmaceutiques
• Mines
• Bois
• Plastiques et résines
• Colorants synthétiques
• Chimie fine (broyage, remplissage, filtration…)
L’origine des incendies et explosions en zone ATEX
La combustion
Trois éléments doivent être réunis pour provoquer un incendie ou une explosion :
• Oxygène (dans l’air)
• Source d’inflammation (flamme, étincelle, point chaud)
• Poussière inflammable
Il faut au préalable que ces 3 éléments soient présents simultanément :
• Présence d’un comburant (l’Air)
• d’un produit pulvérulent, combustible dans un état suffisamment divisé (une partie des particules doivent avoir un diamètre inférieur à 0,5 mm)
• d’une source d’inflammation : l’ action principale de cette source est d’élever localement le nuage de poussières à une température telle que la réaction d’oxydation responsable de la combustion se produise à une vitesse suffisante.
Ces trois conditions sont appelées le triangle de feu nécessaire à la combustion.
L'explosion
L’explosion est un cas particulier de la combustion en zone ATEX, car il s’agit d’une combustion ultra-rapide.
Pour qu’une combustion puisse être qualifiée en explosion 3 autre conditions sont nécessaires :
• poussières en suspension,
• être dans les limites d’explosivité
• avoir un confinement suffisant : en l’absence de confinement, on obtient un phénomène de flambée (combustion rapide avec production d’une flamme importante mais généralement sans effet de pression notable)
Poussières explosives : concentrations et limites
Les poussières sont catégorisées en familles :
| Familles de poussières | Exemples |
| Agricoles | Amidon (blé), blé en vrac, farine/froment, fécule de maïs, cacao, malt, riz, farine de soja, sucre, cellulose, farine de bois |
| Métalliques | Aluminium broyé, en paillettes, pulvérisé, cuivre, étain, silicium, zinc |
| Chimiques | Savon, soufre, vitamine C, bisphénol A |
| Matières carbonées | Asphalte, charbon de bois, graphite, lignite |
| Plastiques, caoutchouc | Caoutchouc brut, chloré, polyéthylène, polyester, polypropylène, mousse de polyuréthanne, viscose |
Les conditions d’inflammabilité
Selon la nature des poussières :
• CIE : limite inférieure de l’explosivité est plus ou moins faible
• CSE : les limites de concentrations maximales d’explosion sont moins bien définies que celles des gaz et sont rarement mesurées. En règle générale elles sont importantes (1 à 3 kg/m3).
Avec des valeurs si importantes on ne parle plus de « nuage ».
Limites d’explosivité de quelques poussières :
| Nuage de poussières | Concentration minimale d’explosion (g/m3) |
| Toner | 60 |
| Aluminium en poudre | 40 |
| Résine époxydique | 20 |
| Charbon de bois | 140 |
| Amidon de blé | 25 |
| Sucre | 45 |
| Vitamine C | 70 |
| Cacao | 75 |
Concentration limite en oxygène (%)
Proportion maximale d’oxygène pour prévenir l’explosion de poussière obtenue par dilution de l’air avec du dioxyde de carbone ou de l’azote
| Nuage de poussières | Inertage au CO2 | Inertage au N2 |
| Aluminium | 2 | 7 |
| Amidon | 12 | 8 |
| Cellulose | 13 | 9 |
| Charbon | 15 | 11 |
| Papier | 13 | 9 |
| Vitamine C | 15 | 12 |
| Blé | – | 11 |
Les sources d’inflammation
Le déclenchement de l’incendie ou de l’explosion est dû à des facteurs divers :
• Étincelles d’origine électrique
• Étincelles d’origine mécanique
• Surfaces chaudes
• Décharges électrostatiques
• Flammes nues
• Foudre
• etc…
Autres conditions d’inflammation :
L’EMI est l’Énergie Minimale d’Inflammation qui doit être fournie aux poussières, sous forme d’une flamme ou d’une étincelle, pour provoquer l’inflammation.
La TAI est la Température d’Auto Inflammation, soit la plus faible température d’une surface chaude au contact de laquelle le nuage de poussières s’enflamme spontanément.
Energie Minimale d’Inflammation (EMI)
| Nuage de poussières | EMI (mJ) Nuage |
| Amidon (Blé) | 25 |
| Blé (Vrac) | 60 |
| Cacao | 100 |
| Sucre | 30 |
| Cellulose | 80 |
| Farine/froment | 60 |
| Lait en poudre | 50 |
| Riz | 100 |
Température d’Auto-Inflammation (TAI)
| Nuage de poussières | TAI (°C) – Couche | TAI (°C) – Nuage |
| Amidon (Blé) | 380 | 400 |
| Blé (Vrac) | 220 | 500 |
| Cacao | 240 | 510 |
| Sucre | 400 | 370 |
| Cellulose | 270 | 480 |
| Farine/froment | 440 | 440 |
| Lait en poudre | 200 | 490 |
| Riz | 450 | 510 |
Classement des zones
Elle se fait en accord avec la directive 1999/92/CE et sous la responsabilité de l’utilisateur.
| Description des zones dangereuses | Gaz et vapeurs | Poussières |
| Un emplacement où une atmosphère explosive est présente en permanence ou pendant de longues périodes ou fréquemment. | Zone 0 | Zone 20 |
| Un lieu où une atmosphère explosive peut se produire occasionnellement en fonctionnement normal. | Zone 1 | Zone 21 |
| Un emplacement où une atmosphère explosive n’est pas susceptible de se présenter en fonctionnement normal ou, s’il ne se présente néanmoins, pour une courte période (généralement pas plus de 2 heures). | Zone 2 | Zone 22 |
| Emplacement non dangereux | Hors zone | Hors zone |
Exemple de classement de zones poussières :
Les modes de protection et leurs symboles
Tableau de synthèse corrélant les modes de protection Ex avec les classements des zones ATEX (Note : les moteurs électriques ne sont pas concernés par la zone 0)
| Symbole | Modes de protection | Principe |
| Ex d | Antidéflagrant | Contenir une explosion interne, et prévenir la propagation vers l’environnement extérieur. |
| Ex de | Antidéflagrant avec boite à bornes à sécurité augmentée | Similaire à l’Ex d, mais une attention spéciale à la boite à bornes. |
| Ex e | Sécurité augmentée | Prévenir l’apparition d’arcs ou des étincelles en fonctionnement normal ou dans des conditions anormales spécifiées. |
| Ex n | Anti-étincelles | Prévenir l’apparition d’arcs ou des étincelles ou toute autre source d’inflammation en fonctionnement normal. |
| Ex tb | Protection contre les poussières (Zone 21) | Empêcher la pénétration de poussières à l’intérieur de l’enveloppe . |
| Ex tc | Protection contre les poussières (Zone 22) | |
| Ex p | Surpression interne | Empêcher la formation ou l’entrée d’une atmosphère explosive à l’intérieur de l’enveloppe. |
Les moteurs électriques pour zones 21 et 22
Les moteurs dédiés aux zones 21 et 22 (Ex tb et Ex tc) répondent à des caractéristiques techniques exigeantes :
• Type de protection pour atmosphères de poussières combustibles
• Enveloppe qui assure la protection contre la pénétration de poussière (les couches de poussière sont interdites à l’intérieur de l’enveloppe).
• Limiter la température de surface pour éviter l’inflammation d’une couche ou des brouillards de poussières. Il est également impératif de disposer de protections visant à limiter l’élévation de la température.
Ancienne norme : II 2 D – IP65 T125°C
Nouvelle norme : II 2 D – Ex tb IIIC T225°C Db IP6X
Selon les dernières révisions des normes
EN 60070-0 et EN 60079-31
En respectant scrupuleusement les normes et les directives dans la fabrication de ses moteurs électriques destinés aux zones ATEX, WEG participe à la sécurité des sites de production.
Les indices de protection IP
L’indice de protection indique l’étanchéité requise des produits et moteurs électriques pour une catégorie donnée.
Indice de protection = IP X X
1er chiffre : protection contre les corps solides (5 : poussière – 6 : étanche)
2e chiffre : protection contre liquides
| Emplacement dans lequel l’appareil peut être installé : | Catégorie autorisée | Étanchéité requise | |
| Zone 21 | 1D | IP 6X | |
| 2D | IP 6X | ||
| Zone 22 | Poussière conductrice | 1D | IP 6X |
| 2D | IP 6X | ||
| Poussière non conductrice | 3D | IP 5X | |
| INDICES DE PROTECTION | ||
| IP | 1er chiffre | 2e Chiffre |
| Protection contre les corps solides | Protection contre les liquides | |
| 0 | non protégé | non protégé |
| 1 | supérieurs à 50 mm de diamètre | gouttes d’eau verticales |
| 2 | supérieurs à 12,0 mm de diamètre | gouttes d’eau à 15º de la verticale |
| 3 | supérieurs à 2,5 mm de diamètre | eau en pluie |
| 4 | supérieurs à 1,0 mm de diamètre | projection d’eau |
| 5 | poussières sans dépôt nuisible | jets d’eau |
| 6 | étanche | paquets de mer |
| 7 | – | immersions temporaires |
| 8 | – | immersions prolongées |
Marquage ATEX
Marquage suivant la directive ATEX et les normes CEI
À titre de comparaison, exemple de marquage pour moteur DIP Zone 21 :
- Mêmes règles sous ATEX que Protection contre les gaz, avec l’ajout de la protection IP de l’équipement.
- La zone 22 (Ex tc / IIIB) doit être IP5X4
- Zone 21 (Ex tb / IIIC) à IP6X
- La température superficielle maximale suppose des couches de poussière jusqu’à 5 mm et est calculée sur la base de M.S.T. d’équipement Cat 3 T3 (200 ° C) moins 75K = 125 ° C
Les moteurs protégés contre la poussière dans le système IEC Ex suivent les mêmes marquages que pour le gaz avec l’ajout de la protection IP.
