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Soutenance de thèse

Nishant PANDYA (Dir. N. Gabas) Analyse de sensibilité paramétrique d’un outil de modélisation des conséquences de scénarios d’accidents. Application à la dispersion atmosphérique de rejets avec le logiciel Phast

Résumé

- Dans le cadre de la réalisation des études de danger, la réglementation française prévoit le calcul de périmètres de sécurité autour des établissements industriels à risques. Ces valeurs conditionnent la mise en œuvre de mesures importantes en matière de prévention des accidents et de protection des cibles (personnes, environnement et installations). La libération accidentelle de gaz toxique et/ou inflammable constitue un scénario d’accident majeur pouvant conduire à des distances d’effets importantes. Il en résulte la propagation de nuages dans l’atmosphère selon des phénomènes extrêmement complexes régis par de nombreuses variables. L’étude de la dispersion atmosphérique de ces nuages fait appel à des logiciels de simulation comme le logiciel commercial Phast (Process Hazard Analysis Software Tool, DNV) de type intégral, très souvent utilisé dans les analyses de risques d’installations industrielles. Les utilisateurs de cet outil ont constaté que les résultats de simulation sont dépendants d’un très grand nombre de paramètres de modélisation ajustables. Or, même si l’utilisateur est expert, il ne dispose pas toujours d’une bonne connaissance des valeurs pertinentes pour ces paramètres en fonction des scénarios simulés, ni de leur impact sur les résultats du modèle.
- L’objectif est de mener une étude approfondie sur l’analyse de la sensibilité paramétrique du logiciel Phast. L’enjeu principal est l’acquisition de connaissances sur la simulation de scénarios accidentels et de leurs impacts, permettant une meilleure utilisation de cet outil de calcul.
- La technique mise au point a consisté à coupler Phast et l’outil d’analyse de sensibilité SimLab, ce qui permet d’exécuter automatiquement un grand nombre de simulations en faisant varier l’ensemble des paramètres du modèle de façon simultanée. La méthode d’analyse de sensibilité globale choisie, EFAST (Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test), est basée sur l’analyse de la variance des sorties du modèle pour le calcul des indices de sensibilité.
Nous avons étudié des scénarios de rejet continus pour six produits différents (monoxyde d’azote, ammoniac, chlore, azote, n-hexane et fluorure d’hydrogène), sélectionnés pour couvrir une large gamme de caractéristiques physiques (gaz lourd, gaz passif, gaz léger, gaz réactif avec l’atmosphère) et de conditions de stockage (gaz sous pression, gaz liquéfié sous pression, liquide saturé, …) ainsi que pour leur importance industrielle dans les analyses des conséquences d’accidents.
Nous avons tout d’abord fait l’analyse de deux termes sources de Phast (fuite sur un réservoir et rupture totale d’une canalisation courte) en considérant les sorties telles que le débit de rejet, la vitesse et la température finales du rejet. En ce qui concerne l’analyse du modèle de dispersion de Phast appelé UDM (Unified Dispersion Model), la démarche a été séparée en deux étapes. La première étape de « screening » a pour but de comparer l’influence de l’ensemble des paramètres (y compris ceux liés aux conditions météorologiques et au terme source). Elle nous a permis de vérifier que les paramètres les plus influents sont ceux liés au terme source et aux conditions météorologiques, et non les paramètres « internes », liés à la modélisation. La deuxième étape est l’analyse de l’influence globale des paramètres de modélisation, autres que les paramètres météo et du terme source, sur une plage large de valeurs (souvent les bornes minimales et maximales permises par le logiciel de modélisation). Pour chaque produit, nous avons décomposé les scénarios de base en sous-scénarios correspondant à des conditions de rejet différentes (combinaisons de débit, hauteur de rejet, angle de rejet et conditions météorologiques) dans le but de faciliter l’interprétation des résultats. Cette granularité fine dans les scénarios étudiés nous a permis d’interpréter les sensibilités des paramètres sans la confusion qui résulterait du mélange de phénomènes physiques très différents.
Une étude complémentaire a consisté à effectuer une analyse de sensibilité locale de ces paramètres autour de leur valeur par défaut. Ceci nous permet d’évaluer l’influence de ces paramètres dans des situations plus proches de celles d’un utilisateur averti de l’outil. La comparaison des résultats issus des analyses globales et locales nous a permis de mettre en évidence l’impact des plages de paramètre sélectionnées sur les indices de sensibilité et sur la variabilité des sorties.

Ce travail, qui a nécessité plusieurs dizaines de milliers d’heures de calcul, nous a permis d’obtenir plusieurs types de résultat :

  • une classification des paramètres du modèle selon leur degré d’influence sur la variabilité de différentes sorties (concentrations en champ proche, intermédiaire et lointain, distances correspondant à une valeur toxique de référence).
  • pour chaque paramètre, une classification des scénarios (produits rejetés et conditions de rejet) en fonction du degré d’influence sur la variation de différentes sorties.
  • une analyse comparative par produit, indiquant (pour des conditions de rejet données) quels paramètres sont les plus influents sur les sorties.
    En outre, nous avons constaté une forte dépendance des indices de sensibilité aux conditions de rejet et aux produits, ce qui conforte notre choix de décomposer finement les scénarios.

Mots-Clés
risque industriel, rejet accidentel, dispersion atmosphérique, modélisation de conséquences, logiciel Phast, analyse de sensibilité

Composition du Jury

  • Christian DELVOSALLE, Rapporteur
  • Pascal FLOQUET, Membre
  • Nadine GABAS, Directeur de thèse
  • André LAURENT, Rapporteur
  • Eric MARSDEN, Membre
  • Yvon MOUILLEAU, Membre

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