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Beyruth explosion: impact infrastucture

07-08-2020

L’explosion dévastatrice qui a eu lieu à Beyrouth le 4 août dernier fut quelque chose que personne ne pouvait prévoir et personne ne pouvait prendre des précautions. Il en résulte un nombre élevé de morts et de blessés, avec près de 100 morts et plus de 4000 blessés. Selon les informations disponibles, l’explosion a été provoquée par un problème de sécurité dans un stockage de nitrate d’ammonium, une substance explosive qui, bien qu’ayant une énergie par kg (heat detonation) inférieure à la normale TNT, dans un entrepôt de 2750 tonnes comme c’était le cas qui provoque une explosion comme cela a été signalé. De tous les stocks de nitrate d’ammonium et comme c’est courant dans ce type de cas, on s’attend à ce que seulement 1/3 de son énergie ait été libérée dans l’explosion, les 2/3 restants étant perdus en énergie calorifique et en incendies, avant et après l’explosion. Pour mesurer l’impact de cette explosion sur les structures et les bâtiments environnants, la charge explosive a été convertie en charge de TNT équivalente, ce qui donne environ 320 tonnes de TNT.

 

Au cours d’une explosion comme celle-ci, une grande quantité de gaz chauds est produite et s’étend dans l’espace libre environnant, conduisant à la création de l’onde de choc qui se propage dans toutes les directions de la sphère environnante au centre, dans le port de Beyrouth. Cette onde de choc se déplace à une vitesse supérieure au son et c’est pourquoi dans les vidéos que nous regardons de la tragédie, le son n’est entendu qu’après l’impact sur les caméras vidéo. Cette onde de choc a deux phases observables. Une première pression et choc, où tous les matériaux fragiles sont brisés comme des verres et autres et une autre phase d’aspiration, où les matériaux sont tirés vers le centre de l’explosion. La deuxième phase a une intensité bien inférieure à la première, mais c’est une conséquence de la deuxième phase que des vitres des façades donnent sur le centre de l’explosion dans la rue extérieure. La première phase a une durée de seulement environ 1/3 de la deuxième phase, mais toujours avec des ordres de grandeur inférieurs à la seconde.

 

Source: Union européenne

Source: Union européenne

Graphique où il est possible de voir la progression des diverses pressions agissant sur une structure en cas d’explosion, si l’on veut en faire la conception en tenant compte de ce scénario.

 

L’explosion de Beyrouth a eu lieu dans une zone portuaire, mais avec une zone urbaine assez proche. Dans ce type d’explosions, l’onde de choc n’a pas de comportement linéaire et l’existence de bâtiments ou d’irrégularités sur le terrain fait perdre une partie de son énergie. Ce facteur réduit l’onde de choc, mais la réflexion de l’onde de choc sur les particules d’air subséquentes augmente considérablement l’impact de celle-ci, pouvant même augmenter de 2 à 8 fois la pression sur les bâtiments et les structures environnantes. Comme on peut le voir dans les images diffusées, le cratère créé par l’explosion est aussi une zone de libération d’énergie.

 

L’impact sur les personnes et sur les objectifs de cette explosion est plus qu’évident avec toutes les images qui nous ont été transmises, mais l’impact sur les bâtiments et les structures n’est pas toujours facile à évaluer. Les bâtiments ont des fréquences de vibration généralement largement supérieures au temps de chaque phase d’impact de l’onde de choc de l’explosion, généralement de l’ordre de quelques millisecondes. Cela fait que les bâtiments ne se déforment pas pour l’onde de choc et que la déformation des structures n’est pas prise en compte dans l’analyse de celles-ci.

Cette explosion de Beyrouth a eu un impact énorme, étant donné que nous parlons de quelque chose dans une capitale urbaine. Les 320 tonnes de TNT équivalentes et la propagation de l’onde de forme sphérique ont fait que les zones proches de l’explosion, dans la zone portuaire, ont été complètement détruites et la façon que nous nous éloignons de l’explosion, la destruction diminue. Dans le cas de Beyrouth, l’onde de choc, à une distance de 10 m de l’explosion, s’est déplacée jusqu’à environ 2,5 m/m, ce qui fait qu’en une dixième de seconde environ, l’impact atteint ceux qui sont à 10 mètres de l’épicentre. Comme vous pouvez le voir sur les images, à 10 mètres de l’épicentre, il n’y a pas de structure debout et il est donc facile de vérifier que l’impact de l’onde de choc a été écrasante. La pression incidente approximative dans cette zone, avec des durées inférieures à 3 millisecondes, était d’environ 550ton/m2 mais compte tenu de la pression réfléchie, nous pouvons facilement atteindre 4500ton/m2. Comme vous pouvez le voir, par l’ordre de grandeur des valeurs, les structures sont très loin d’être conçues pour des valeurs proches de ceci et donc tout ce qui était à 10 mètres du centre de l’explosion a disparu.

 

Source: CNN

 

À une distance de 100 mètres du centre de l’explosion, les impacts restent très importants. Comme on peut le voir sur les images disponibles, très peu de structures sont debout dans cette zone et celles qui le sont présentent un degré de destruction très élevé. Dans cette zone où le choc s’est déjà propagé à une vitesse beaucoup plus lente, autour de 0,40 m/s. La pression résultant de l’onde de choc a été proche de 5 tonnes/m2 et la pression réfléchie a pu atteindre 14 tonnes/m2.

 



Source: Dailymail by Gettyimages

Les valeurs ci-dessus sont des valeurs énormes pour l’ordre de grandeur, par exemple les actions du vent pour lesquelles les bâtiments sont conçus, valeurs qui peuvent atteindre 0.3ton/m2. Si les bâtiments de Beyrouth sur les périmètres de 10m et 100m de l’épicentre de l’explosion étaient conçus pour une explosion, ils devraient être analysés pour des charges horizontales supérieures à 1850ton/m2 et 6ton/m2 respectivement pour chaque périmètre. Ce n’est pas économiquement viable et c’est pourquoi il est nécessaire de définir des zones de sécurité autour de locaux à risque d’explosion, ce qui n’a pas été le cas à Beyrouth. Pour que la pression provoquée par l’onde de choc ne dépasse pas les pressions des rafales de vent extrêmes pour lesquelles les bâtiments sont conçus, nous devons nous éloigner de l’épicentre entre 1,1 km et 1,5 km.

Il est facile de vérifier, avec les données présentées, qu’il existe un risque que la plupart des structures situées dans un rayon de 1,5 km autour de l’explosion de Beyrouth aient des problèmes de sécurité. Pour que la ville puisse rapidement revenir à la normale, il sera nécessaire de faire une analyse rapide de la sécurité de la région.

 

Slefty, avec son expérience dans ce domaine, est en mesure d’aider le Liban et la ville de Beyrouth à revenir à la normalité.

 

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