Comprendre et atténuer les explosions dans les regards de visite : Un entretien avec Stuart Hanebuth

Les événements graves liés aux regards de visite, qui peuvent provoquer de la fumée, des incendies et des explosions, ont fait l’objet d’une attention accrue ces dernières années, à mesure que les infrastructures nationales vieillissent. Les conséquences potentielles sont des décès, des blessures physiques, des dommages matériels et des accidents de la route. Diverses causes peuvent conduire à ces événements, et les ingénieurs des services publics proposent continuellement des solutions avec plus ou moins de succès. Dans l’interview ci-dessous, Stuart Hanebuth, expert reconnu en matière d’événements liés aux regards de visite et de sécurité publique, décrit les défis que représente l’atténuation de ces événements.

Q. Quelle est la fréquence annuelle des événements liés aux regards de visite ?

R. Nous ne savons pas avec certitude combien de structures souterraines il y a aux États-Unis, mais j’estime qu’il y en a probablement entre un et deux millions. Sur la base de ce qui a été rapporté dans les médias et par les services publics, j’estime qu’à l’échelle nationale, il y a probablement entre trois et cinq mille événements graves par an impliquant des incendies, des explosions ou de la fumée dans des regards de visite.

Q. Les explosions dans les regards de visite sont-elles un phénomène nouveau ?

R. Cette coupure de presse date de 1937. Le couvercle d’un regard s’est détaché et a tué quelqu’un en tombant dans une cage d’ascenseur. Il s’agit de l’un des plus anciens événements liés aux regards que nous ayons pu trouver, preuve que ces événements existent depuis très longtemps.

Q. Pourriez-vous décrire les principaux types d’événements liés aux regards de visite ?

R. Il existe trois grands types d’événements associés aux regards de visite qui sont liés les uns aux autres : des regards fumants, des incendies de regards et des explosions de regards. Le type d’événement le plus courant est le regard fumant où beaucoup de fumée s’échappe d’une structure souterraine, mais aucun incendie ou explosion n’est visible à la surface.

Par ailleurs, quand je dis regard de visite, j’entends toute structure électrique souterraine avec des câbles. Il peut s’agir d’une voûte, d’un boîtier de raccordement ou de toute autre structure, mais il doit s’agir d’une structure souterraine. J’utilise le terme regard de visite par souci de simplicité.

Q. Quelles sont les causes courantes des événements liés aux regards de visite et les problèmes qui les entourent ?

R. Tous les événements liés aux regards de visite sont alimentés par deux types d’énergie, à savoir l’énergie thermique (combustion) et l’énergie électrique. Les événements dus à la combustion sont le plus souvent le résultat de la décomposition anaérobie de l’isolant du câble qui se consume. Les événements d’origine électrique entraînent un arc de grande taille et une température très élevée. Chaque type requiert une méthode de prévention différente.

Un exemple d’événement de regard de visite alimenté par la combustion est représenté en photo ci-dessous. Des camions de pompiers en attente peuvent être vus en arrière-plan, car la fumée et les gaz sortant de la structure  peuvent devenir un incendie important.  

Dans les événements d’origine électrique, l’énergie nécessaire à l’événement provient d’un défaut électrique à l’intérieur de la structure, généralement un câble souterrain. La plupart des événements d’origine électrique se produisent sur les câbles de transmission et de moyenne tension.

Un excellent exemple d’un événement d’origine électrique  s’est produit à Buffalo, dans l’État de New York, il y a plusieurs années, et a été filmé lors d’une émission d’actualités (vidéo fournie par WGRZ News). Un défaut dans un câble souterrain a provoqué un arc électrique qui a surchauffé l’air et fait sauter le couvercle à une hauteur de cinq étages.

Ces types d’explosions sont des événements hautement énergétiques. Il n’est pas rare de voir des couvercles projetés plusieurs étages dans les airs. Incroyablement, le couvercle n’a touché personne. Mais une pièce de métal de 45 kg qui heurterait une personne provoquerait un accident très grave. Outre les blessures physiques et les décès, ces événements peuvent causer des dommages importants aux biens, aux routes et aux autres infrastructures. Il est très important de trouver des moyens efficaces pour atténuer ce type d’événements.

Q. Pourquoi ces images sont-elles si dramatiques ?

R. D’énormes quantités d’énergie peuvent être libérées lors d’un événement de regard. En général, lorsqu’il y a une explosion dans un regard de visite, on parle d’une énergie comprise entre 6 et 40 mégajoules, soit l’équivalent de 3 à 20 bâtons de dynamite.

La plupart de ces événements se déroulent en deux temps, c’est-à-dire qu’il y a une première explosion puis, quelques centaines de millisecondes plus tard, une autre. Le premier événement est souvent un arc électrique qui peut vaporiser toute l’isolation du câble. Lorsque l’arc chauffe, il force tous les gaz à sortir de la structure, ce qui fait sauter le couvercle. Une fois que l’arc s’arrête, les gaz se refroidissent très rapidement et l’air froid est aspiré dans la structure. Cela ramène le rapport combustible/air dans la bonne fourchette, provoquant une seconde explosion.

Certains systèmes de contrôle des regards de visite tentent de résoudre ce double pic en empêchant rapidement le deuxième pic de se produire. Cependant, il faut une très grande ouverture pour soulager cette pression. Ce sont des pressions énormes par rapport à la taille du couvercle. Ce couvercle doit être déplacé très rapidement, mais son poids s’oppose à toute action rapide, ce qui rend ces systèmes d’atténuation crédibles.

Q. Qu’en est-il des événements liés à la combustion ?

R. La plupart des événements liés aux regards de visite (75 %) sont des événements de basse tension provoqués par la combustion. La source d’énergie la plus courante lors de ces événements provient de la décomposition anaérobie de l’isolation de câbles et, dans de nombreux cas, des matériaux des conduits. L’énergie provient des gaz créés par la combustion de l’isolation. Ce matériau en combustion produit d’énormes quantités de monoxyde de carbone qui est poussé dans le conduit.

Nous savons tous que le monoxyde de carbone est toxique, mais il est aussi incroyablement inflammable. Le monoxyde de carbone s’est introduit dans des bâtiments ou des structures adjacentes et a provoqué de graves explosions. Les gaz sont les dangers les plus importants.

Q. Comment les événements liés aux regards sont-ils catégorisés par classe de tension et par type d’énergie ?

R. Chaque année, parmi tous les événements liés aux regards de visite, 95 % se produisent sur des câbles basse tension fonctionnant à moins de 600 volts environ. Parmi ceux-ci, 75 % sont des événements liés à la combustion.

Les systèmes à basse tension sont conçus pour être tolérants aux pannes afin de pouvoir supporter l’arc lent qui brûle l’isolation pendant des jours, des semaines, voire des mois. L’arc électrique et la combustion lente peuvent durer longtemps.

Les événements liés aux câbles de transmission et de moyenne tension représentent environ 5 % de tous les événements. Lorsqu’ils surviennent, ils sont éliminés presque instantanément, en quelques cycles. Dans ces cas-là, des arcs électriques se produisent pendant 3 ou 4 cycles, peut-être plus longtemps s’il y a un problème avec le système de protection, mais ils disparaissent très rapidement.

Q. Pourriez-vous préciser comment la décomposition des matériaux d’isolation des câbles et des conduits contribue aux événements liés aux regards ?

R. La figure 1 illustre ce qui se produit. Si vous faites passer un câble basse tension dans un conduit et qu’il y a une petite fissure dans l’isolation, vous obtiendrez des déviations et des arcs électriques à travers cette fissure. L’arc électrique tire probablement moins d’un ampère dans la plupart des cas, ce qui ne ressemble pas à un défaut électrique pour le système de distribution. L’énergie continue d’affluer vers ce défaut. Ce petit arc chauffe le câble et son isolation, qui commence à brûler. La fumée contient plusieurs gaz, dont le monoxyde de carbone, l’hydrogène, le méthane et autres.

FIGURE 1

La majeure partie de ce qui brûle et provoque des incendies et des explosions est du monoxyde de carbone. L’hydrogène s’échappe par les fissures et les pores des conduits, il est donc souvent sans conséquence. Le processus de décomposition du conduit laisse également derrière lui une poussière de carbone presque pure. Il y a donc de la poussière de carbone, du monoxyde de carbone gazeux, un peu d’hydrogène et d’autres choses qui sortent juste au front de flamme, la zone de réaction. Ces gaz doivent aller quelque part et s’écoulent donc vers l’extrémité basse pression du système, en d’autres termes, le couvercle du regard. Vous avez besoin d’un flux d’air de l’ordre de 0,2 mètre par seconde pour soutenir ce processus. À ce débit, le flux d’air forcera le front de flamme le long des matériaux de câbles et de conduits où il continuera à créer de grandes quantités de gaz.

Il est important de noter que vous devez disposer d’un flux d’air. Sans lui, la zone de réaction ou le front de flamme ne peut pas être déplacé le long du câble. Le gaz n’a aucun endroit où aller, et le feu s’éteint tout seul. Il y aura des arcs électriques, et cela peut évoluer vers un événement d’origine électrique ; mais un événement d’origine électrique à l’intérieur d’un conduit est beaucoup moins grave qu’un événement dû à la combustion dans un regard.

Q. Pourriez-vous préciser ce qu’est un événement d’origine électrique ?

R. Les événements d’origine électrique représentent environ 30 % de tous les événements liés aux regards de visite, dont 5 % sont des événements de moyenne tension et 25 % des événements de basse tension. Typiquement, il y a un grand arc, un court-circuit électrique et une température très élevée. L’arc fait fondre et vaporise l’isolation et les conducteurs. Cet arc peut également enflammer des gaz combustibles, ce qui peut provoquer une explosion secondaire. Ces événements sont un peu plus difficiles à interrompre car ils reposent sur des systèmes de protection contre les défauts très sensibles.

Dans beaucoup d’événements graves dus à l’électricité, il existe un problème majeur avec l’équipement de protection électrique. Les réglages des relais sont incorrects, ou le système laisse le défaut persister plus longtemps qu’il ne le devrait. Plus le défaut persiste et plus l’isolation et les conducteurs chauffent, brûlent et se consument, plus le feu prend de l’ampleur. La plupart des événements d’origine électrique qui déclenchent des incendies ou font sauter des couvercles se produisent dans la structure. Ils ne se produisent généralement pas dans le conduit.

Q. Une épissure de mauvaise qualité ou défectueuse lors de l’installation d’un câble pourrait-elle conduire à un événement ?

R. Oui, mais la plupart du temps, cela ne provoque pas le délogement ou l’expulsion du couvercle. La plupart des défauts électriques sont éliminés rapidement par les systèmes de protection et n’apparaissent pas à la surface.

Q. Que fait le groupe de travail P2417 de l’IEEE pour élaborer un guide qui traite des événements graves liés aux regards de visite ?

R. Le groupe de travail P2417 a élaboré un guide pour la fumée, les incendies et les explosions dans les structures électriques souterraines. Le groupe de travail comprend environ 50 ingénieurs des services publics qui se réunissent deux fois par an lors des réunions du comité des conducteurs isolés de l’IEEE. Notre objectif est de recueillir toutes les informations pertinentes concernant les événements liés aux regards de visite et de les rendre facilement accessibles afin d’atténuer ces événements. Il s’agit d’un guide, et non d’une norme, et il n’y a donc pas d’exigences obligatoires dans ce document. Il décrit principalement les bonnes pratiques, mais aucune recommandation n’est formulée. Le guide est disponible à la vente auprès du lien de l’IEEE.

Le guide comprend un tableau qui met l’accent sur la zone de combustion et les méthodes possibles pour arrêter les événements liés aux regards. Le graphique illustre le rôle du flux d’air dans les événements liés à la combustion. Nous partons du principe que si le flux d’air est limité à moins de 0,2 mètre par seconde, le combustible dans la zone de combustion sera subsumé et la production de gaz prendra fin.

Q. Quelles mesures d’atténuation sont actuellement testées et quels sont les avantages et les inconvénients de chacune d’entre elles ?

R. Il y a quelques années, une société canadienne de services publics a connu un grand nombre de défaillances de câbles secondaires. Ils ont inspecté les câbles et constaté qu’environ 5 % d’entre eux avaient été endommagés lors de l’installation. Les câbles étaient traînés sur les joints dans les conduits, ou sur d’autres obstructions des conduits, et les dommages qui en résultaient permettaient aux débris de pénétrer dans les conduits. Cela avait endommagé l’isolation et provoqué les défauts latents. Un système a été mis au point dans lequel les extrémités des câble étaient scellées, puis un essai de pression était effectué pour voir si la gaine pouvait supporter la pression de l’air. Le système fonctionnait, mais il était trop complexe pour le terrain.

Certains services publics remplissent les regards de matériaux inertes tels que le sable. Cela permet de stopper le flux d’air dans le conduit et d’éviter l’accumulation de gaz dans la structure. Cette méthode est assez efficace, mais lorsqu’il faut accéder à la structure pour effectuer des réparations ou d’autres travaux, il faut faire venir un camion aspirateur pour enlever le sable avant que l’équipe ne puisse entrer.

De nombreux services publics inspectent rapidement toutes leurs structures après un événement. Il y a environ 10 ans, une grande compagnie d’électricité américaine a mené une étude sur les inspections visuelles des regards de visite et a constaté que l’inspection de l’ensemble de son réseau n’avait pas permis de réduire le nombre d’incendies ou d’explosions dans les regards.

Il y a des avantages à s’assurer systématiquement que la partie visible des câbles est en bon état. Mais plus de 95 % d’un câble est dissimulé dans le conduit, de sorte que l’inspection visuelle des 5 % du câble visible n’est pas vraiment efficace pour prévenir les incendies ou les explosions.

Q. Qu’en est-il de la détection précoce des précurseurs d’événements liés aux regards de visite ?

R. La détection de la tension de contact est une méthode par laquelle une équipe circule et recherche les défauts latents qui forment un chemin conducteur vers la surface et apparaissent comme des chaussées ou des trottoirs sous tension. Certaines études ont montré que cette méthode peut réduire les événements de 20 % si le suivi est effectué fréquemment et de manière cohérente, ce qui n’est pas toujours possible.

La détection des défauts d’arcs est probablement l’idée la plus prometteuse en matière de détection précoce. Il existe une signature électrique spécifique associée à un défaut d’arc, mais il est très difficile de la séparer du bruit de base du système. Le défaut d’arc ressemble beaucoup à une soudure à l’arc ou au démarrage d’un moteur, il est donc difficile de séparer un événement d’arc d’une pièce d’équipement fonctionnant normalement.

Q. Pouvez-vous décrire les systèmes de surveillance des tensions ou des regards ?

R. Nous constatons un grand intérêt pour les systèmes de surveillance des tensions. Ces systèmes peuvent mesurer une variété de paramètres, y compris la présence de fumée. Si le système détecte de la fumée dans un regard, il alarme un centre de contrôle qui dépêche une équipe pour intervenir. L’objectif est d’arriver sur place avant que suffisamment de gaz combustibles ne soient générés et puissent provoquer un incendie ou une explosion.

Le défi de cette méthode est que les réponses aux alarmes dans le système de maintenance peuvent être perturbées lorsqu’il y a une demande accrue pour d’autres services. Il peut y avoir des appels de clients pour des coupures de courant, des problèmes avec le service résidentiel, ou d’autres problèmes en même temps qu’un événement lié à un regard, créant un défi significatif en terme de réponse rapide pour l’équipe de maintenance.

Q. Y a-t-il d’autres outils d’atténuation dont vous aimeriez discuter ?

R. Certains services publics ont installé des couvercles de regard ventilés. La théorie est que si vous découpez quelques fentes dans le couvercle, cela permettra la libération des gaz et évitera une explosion. Mais en cas d’explosion avec des pressions et des vitesses énormes, le couvercle ventilé se comporte de la même manière qu’un couvercle massif. En fait, les couvercles ventilés peuvent accentuer le flux d’air dans le conduit et augmenter la propagation des flammes.

Une autre méthode d’atténuation consiste à maintenir le couvercle en place. La photo ci-dessous montre les résultats d’un essai portant sur un couvercle auto-restrictif doté d’un loquet. Ainsi, en cas d’événement, le couvercle se soulève et le loquet le maintient à l’anneau métallique sur lequel le couvercle est monté. Dans de nombreux cas, les couvercles auto-restrictifs peuvent contribuer à atténuer les effets d’une explosion.

Q. Il y a un certain désaccord sur le fait de sceller les conduits comme solution aux événements liés aux regards. Pourquoi certains services publics ne veulent-ils pas sceller les conduits à titre de mesure préventive ?

R. Les services publics pensent qu’ils ne seront pas en mesure de maintenir les joints. Mais nous ne parlons pas vraiment de joints. Lorsqu’ils empêchent les événements de regard, ils agissent comme des restrictions de flux d’air, de sorte que l’air ne se déplace pas dans le conduit. Il est vrai qu’il peut être difficile de penser à sceller des millions de conduits dans tout le pays. Mais vraiment, je ne pense pas que les services publics aient une bonne raison de ne pas sceller les conduits. Nous devons probablement mieux informer les ingénieurs des services publics et les responsables de la sécurité publique des avantages des restrictions de flux d’air et de la manière dont elles peuvent apporter une solution aux événements graves survenant dans les regards de visite.

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