La plupart des sites industriels abritent des équipements et des réservoirs sous pression. Pour des raisons diverses (suppression, impact mécanique, surchauffe ou autre), ils peuvent être endommagés et même éclater. Cette explosion peut engendrer de nombreux projectiles. Au cours de leur vol, ces derniers peuvent impacter d'autres équipements, tels que des réservoirs sous pression ou d'autres installations sensibles (poste de commande, par exemple). Si une des cibles impactées subit une ruine mécanique, elle peut exploser et générer une nouvelle série de projectiles. Ces projectiles menacent, à leur tour, d'autres installations et ainsi de suite. Ce type d'enchaînement accidentel catastrophique est connu sous le nom d'effet domino ou de suraccident. Dans ce document, l'effet domino pouvant se produire sur des sites industriels est analysé au travers des projections produites par l'accident initial. Une approche probabiliste globale est ainsi développée dans laquelle le calcul de la probabilité d'occurrence du phénomène requiert le passage par quatre étapes : - Analyse des termes sources : les projectiles générés par l'explosion d'un réservoir ont différentes caractéristiques, à savoir le nombre de projectiles, la forme, la masse, la vitesse de départ et les angles de départ. Toutes ces grandeurs sont modélisées par des variables aléatoires. A l'aide du principe du maximum d'entropie et des données existantes, des distributions probabilistes sont développées pour toutes ces variables. On se limite, cependant, au cas de l'explosion d'un réservoir cylindrique ou sphérique. - Analyse de l'impact ou analyse du mouvement : la trajectoire d'un projectile (ou fragment de structure), en fonction de ses caractéristiques de départ, est décrite par une combinaison des effets d'inertie, de gravitation et d'aérodynamique. Une approche simplifiée faisant l'hypothèse de constance des coefficients aérodynamiques permet d'identifier analytiquement la trajectoire du projectile tandis qu'une solution numérique est obtenue par une approche complète où toutes les valeurs de ces coefficients sont prises en compte.Les mouvements de translation et de rotation sont également étudiés. A l'aide de l'analyse complète et des conditions d'impact, la probabilité d'impact est déterminée. L'étude est restreinte à des projectiles en forme de fond de réservoir, fond oblong de réservoir et plaque. Les formes des cibles de l'étude sont restreintes au cas ellipsoïdal, cylindrique et cubique. - Analyse de l'état des cibles impactées : dans un premier temps, des modèles simplifiés d'impact sont utilisés afin d'étudier l'interaction mécanique entre les projectiles et les réservoirs impactés. Un modèle mécanique complet comprenant une loi de comportement élasto-plastique et un modèle de rupture est également proposé. Ce modèle est ensuite implémenté dans un code de calcul sans maillage de type SPH, i.e. Smoothed Particle Hydrodynamics. Afin d'estimer la probabilité de rupture des réservoirs impactés, les modèles simplifiés sont mis en œuvre, ce qui permet de réduire le coût de calcul. - Occurrence du sur-accident : selon l'état mécanique résiduel de la cible et son état physique (conditions thermodynamiques, niveau de remplissage, etc.), l'impact de projectiles peut conduire à la poursuite du pnénomène. Ce dernier point n'est pas traité dans le document présenté

Les effets dominos ou cascade d’événements dans les industries et particulièrement dans les industries chimiques et de transformation, sont reconnus comme des scénarios d’accidents possibles depuis environ trois décennies. Ils représentent une préoccupation croissante, car ils ont le potentiel de provoquer des conséquences dévastatrices. L’effet domino, comme phénomène, est un sujet controversé lorsque son évaluation est nécessaire. L’examen de la bibliographie a démontré l’absence d’une définition commune et d’une procédure simple d’utilisation et précise pour son appréciation. C’est pourquoi l’un des objectifs de cette recherche est de formaliser les connaissances relatives aux effets dominos afin de comprendre les mécanismes de leurs occurrences. Pour ce faire nous avons étudié les paramètres à examiner pour déterminer la possibilité de cascade et être en mesure d’identifier les scénarios dominos. L’enjeu étant de permettre l’amélioration de la prévention du risque d’effet domino. L’autre objectif est donc de produire une méthode pour l’identification et l’analyse des effets dominos. Nous avons développé une méthodologie globale pour l’étude des effets dominos en chaîne initiés par des pertes de confinement. Elle permet l’identification et la hiérarchisation des chemins de propagation des accidents. Cette méthode facilite la prise de décision pour la prévention des effets dominos, tout en proposant un outil efficace et simple d’utilisation. Les résultats de l’étude sont fournis sous forme d’une hiérarchisation quantitative des équipements impliqués dans les scénarios dominos, en tenant compte des effets des conditions météorologiques et des mesures de maîtrise des risques existantes ou proposées.Cette hiérarchisation donne une idée claire des dangers que représentent les équipements par rapport aux accidents en cascade, en précisant si la dangerosité de l’équipement provient de sa capacité à initier ou à propager un effet de cascade.La méthode est basée sur une description topographique de la zone étudiée, incluant les caractéristiques de chaque équipement, et prend en compte les mesures de maîtrise des risques mises en œuvre par l’industriel. Elle repose sur deux phases principales : La première, est l’identification des chemins de propagation des accidents. Pour ce faire, la méthode d’analyse par arbre d’événements est utilisée. Les cibles potentielles sont déterminées en combinant les valeurs seuils d’escalade et les modèles de vulnérabilité (pour l’estimation de la probabilité d’endommagement). Cette première phase est implémentée sous MATLAB® et Visual Basic for Applications (VBA) afin de faciliter l’entrée des données, et l’analyse des résultats dans Microsoft Excel®. La deuxième phase est l’identification des équipements les plus dangereux vis-à-vis des effets dominos. Elle consiste à hiérarchiser les équipements impliqués dans les chemins de propagation, en fonction de leur vraisemblance à causer ou à propager un effet domino. L’algorithme qui effectue cette phase est codé sous VBA. La méthode a été conçue de façon à ce qu’elle puisse être utilisée sans qu’il soit nécessaire de s’appuyer sur les résultats des études de dangers. Néanmoins, si ces résultats sont disponibles, il est alors possible d’alléger certaines étapes de la méthode. Elle s’est révélée facile à utiliser, cela a été constaté lors de son application dans le cadre de projets et stages d’étudiants. / Domino effects or cascading events in the chemical and process industries are recognized as credible accident scenarios since three decades. They are raising a growing concern, as they have the potential to cause catastrophic consequences. Domino effect, as phenomenon, is still a controversial topic when coming to its assessment. There is still a poor agreement on the definition of domino effect and its assessment procedures. A number of different definitions and approaches are proposed in technical standards and in the scientific literature. Therefore, one of this research objectives is to formalize domino effects knowledges in order to comprehend their occurrence mechanisms. Thus, the parameters that should be looked at so as to understand the escalation possibility and in order to identify domino scenarios, were analyzed. The aim is to improve domino effect hazards prevention, through the development of a methodology for the identification and the analysis of domino effects.We developed a method for the analysis of domino accident chain caused by loss of containments. It allow the identification and prioritization of accident propagation paths. The method is user-friendly and help decision making regarding the prevention of cascading events. The final outcomes of the model are given in form of quantitative rankings of equipment involved in domino scenarios, taking into account the effect of meteorological conditions and safety barriers. The rankings give a clear idea of equipment hazard for initiating or continuing cascading events.The methodology is based on a topography of the industrial area of concern, including the characteristics of each unit and accounting for protection and mitigation barriers. It is based on two main stages. The first is the identification of accident propagation paths. For this, the event tree method is used. The possible targets are identified combining the escalation thresholds and vulnerability models (to estimate damage probability). This first stage was implemented using the MATLAB® software and Visual Basic for Applications (VBA) to enable an easy input procedure and output analysis in Microsoft Excel®.The second stage is the identification of the most dangerous equipment. It consists in prioritizing equipment involved in the propagation paths according to their likelihood to cause/propagate domino effect. The algorithm that performs this phase was coded in VBA.The method was designed so as it can be used without the need to rely on the results of safety reports. However, if such results are available, it is possible to lighten some steps of the method. It revealed easy to apply, this was confirmed through projects and student internships. / Gli effetti domino, in cui un primo incidente causa in cascata altri scenari incidentali, sono tragli scenari incidentali più severi che avvengono nell’industria chimica. Nonostante l’attenzioneche anche la normativa dedica a tali scenari, la valutazione dell’effetto domino è un soggettocontroverso. L’analisi della letteratura tecnica e scientifica ha mostrato l’assenza di unadefinizione comune di « effetto domino » e di una semplice procedura per l’identificazione ditali scenari. È per tale motivo che uno degli obiettivi di questo lavoro di ricerca è diformalizzare le conoscenze relative agli effetti domino al fine di meglio comprendere imeccanismi che possono provocarli. A tal proposito sono stati studiati i parametri necessariper determinare la possibilità dell’insorgere di cascate di eventi e per essere in grado diidentificare i possibili scenari incidentali dovuti ad effetto domino. L’obiettivo finale del lavoroè stato di sviluppare un metodo per l’identificazione e l’analisi quantitativa della propagazionedi incidenti primari nell’ambito di scenari dovuti ad effetto domino.E’ stata sviluppata una metodologia generale per l’analisi degli effetti domino causati daperdite di confinamento. Tale metodologia permette l’identificazione e la classificazione deipercorsi di propagazione degli incidenti. Tale metodo facilita inoltre la prevenzione deglieffetti domino, proponendo uno strumento efficace e semplice da utilizzare.I risultati di questo studio sono forniti in forma di una classificazione delle apparecchiaturecoinvolte in scenari dovuti ad effetto domino, tenendo conto degli effetti delle condizionimeteorologiche e delle misure esistenti per la gestione del rischio. Tale classificazione fornisceanche un chiara idea dei pericoli rappresentati dalle singole apparecchiature nel caso diincidenti in cascata, in quanto precisando se la pericolosità delle attrezzature proviene dallaloro capacità di innescare o propagare un reazione a catena.Il metodo è basato su una descrizione topografica del sito studiato, che comprende anche lecaratteristiche di ogni attrezzatura, che tiene conto delle misure di gestione dei rischi e dellebarriere di sicurezza presenti, basato su due fasi principali. La prima è l’identificazione deipercorsi di propagazione degli incidenti. A tale scopo è stato utilizzato un metodo basatoVIsull’albero degli eventi. I potenziali bersagli vengono determinati combinando i valori di sogliaper la propagazione degli eventi ed i modelli di vulnerabilità delle apparecchiature. Questaprima fase è implementata in MATLAB® e Visual Basic for Applications (VBA) in modo dafacilitare la gestione dei dati e l’analisi dei risultati in Microsoft Excel®.La seconda fase è l’identificazione delle apparecchiature più pericolose per gli effetti domino.Tale fase consiste nel classificare le apparecchiature coinvolte nei percorsi di propagazione infunzione della loro capacità di causare o propagare un effetto domino. L’algoritmo dedicato inquesta fase è eseguito su VBA.I risultati ottenuti anche nell’applicazione ad un caso di studio hanno evidenziato le potenzialitàdel metodo, che rappresenta un significativo progresso nell’analisi quantitativa dell’effetto domino.

La plupart des sites industriels abritent des équipements et des réservoirs sous pression. Pour des raisons diverses (suppression, impact mécanique, surchauffe ou autre), ils peuvent être endommagés et même éclater. Cette explosion peut engendrer de nombreux projectiles. Au cours de leur vol, ces derniers peuvent impacter d’autres équipements, tels que des réservoirs sous pression ou d’autres installations sensibles (poste de commande, par exemple). Si une des cibles impactées subit une ruine mécanique, elle peut exploser et générer une nouvelle série de projectiles. Ces projectiles menacent, à leur tour, d’autres installations et ainsi de suite. Ce type d’enchaînement accidentel catastrophique est connu sous le nom d’effet domino ou de suraccident. Dans ce document, l’effet domino pouvant se produire sur des sites industriels est analysé au travers des projections produites par l’accident initial. Une approche probabiliste globale est ainsi développée dans laquelle le calcul de la probabilité d’occurrence du phénomène requiert le passage par quatre étapes : - Analyse des termes sources : les projectiles générés par l’explosion d’un réservoir ont différentes caractéristiques, à savoir le nombre de projectiles, la forme, la masse, la vitesse de départ et les angles de départ. Toutes ces grandeurs sont modélisées par des variables aléatoires. A l’aide du principe du maximum d’entropie et des données existantes, des distributions probabilistes sont développées pour toutes ces variables. On se limite, cependant, au cas de l’explosion d’un réservoir cylindrique ou sphérique. – Analyse de l’impact ou analyse du mouvement : la trajectoire d’un projectile (ou fragment de structure), en fonction de ses caractéristiques de départ, est décrite par une combinaison des effets d’inertie, de gravitation et d’aérodynamique. Une approche simplifiée faisant l’hypothèse de constance des coefficients aérodynamiques permet d’identifier analytiquement la trajectoire du projectile tandis qu’une solution numérique est obtenue par une approche complète où toutes les valeurs de ces coefficients sont prises en compte.Les mouvements de translation et de rotation sont également étudiés. A l’aide de l’analyse complète et des conditions d’impact, la probabilité d’impact est déterminée. L’étude est restreinte à des projectiles en forme de fond de réservoir, fond oblong de réservoir et plaque. Les formes des cibles de l’étude sont restreintes au cas ellipsoïdal, cylindrique et cubique. – Analyse de l’état des cibles impactées : dans un premier temps, des modèles simplifiés d’impact sont utilisés afin d’étudier l’interaction mécanique entre les projectiles et les réservoirs impactés. Un modèle mécanique complet comprenant une loi de comportement élasto-plastique et un modèle de rupture est également proposé. Ce modèle est ensuite implémenté dans un code de calcul sans maillage de type SPH, i.e. Smoothed Particle Hydrodynamics. Afin d’estimer la probabilité de rupture des réservoirs impactés, les modèles simplifiés sont mis en œuvre, ce qui permet de réduire le coût de calcul. – Occurrence du sur-accident : selon l’état mécanique résiduel de la cible et son état physique (conditions thermodynamiques, niveau de remplissage, etc.), l’impact de projectiles peut conduire à la poursuite du pnénomène. Ce dernier point n’est pas traité dans le document présenté / Industrial facilities, such as vessels under pressure, might be damaged by explosions caused by an overpressure, an exterior mechanical impact or an overheating for instance. In general, such explosions generate many structural fragments. During their flight, these projectiles may impact other facilities, such as vessels under pressure, in the vicinity. Under given conditions of pressure and mechanical damage, these impacted targets may explode and generate other sets of structural fragments, and so on. This kind of scenario corresponds to the so-called domino effect. In this document, the domino effect caused by projections that may occur in the industrial sites is analyzed with a stochastic framework. For this purpose, a global methodology is developed. The determination of the occurrence probability of this effect requires four steps : - source terms analysis : the structural fragments generated by vessels explosions have different features, i.e. number of fragments, shape, mass, departure velocity and departure angles. These features are considered as random variables. Based on the maximum entropy principle and according to existing data, the probabilistic distributions are developed for each variable. This study focuses on the case of explosions in cylindrical or spherical vessels. – Fragments motion and impact analysis : according to the fragments features at their departure, the fragment trajectory is evaluated under the effects combined from the inertia, the gravitation and the aerodynamics. The simplified approach, under the hypothesis of constant aerodynamic coefficients, allows the analytical description of the trajectory whereas the numerical solutions are obtained for the complete approach when these coefficients vary. The translational as well as rotational movements are also considered. Monte Carlo simulations are performed in order to estimate the probability of impact. Three fragments shapes are considered : end-cap, oblong end-cap and plate. Three main shapes are investigated for the targets : ellipsoidal, cylindrical and cubic vessels. – Analysis of the mechanical behaviour of the impacted targets : simplified models are developed in order to study the mechanical interaction between the fragments and the impacted targets. A complete mechanical model, including elastic-plastic behaviour and a fissure model are also proposed. This model is then implemented in the mesh-free code (Smoothed Particles Hydrodynamics). In order to estimate the rupture probability of the impacted targets, the simplified models are used, reducing therefore the calculation duration. – Domino effect occurrence : according to its residual bearing capacity and its internal physical conditions, the impacted target may give rise to a new sequence of explosions and fragments generation. This last point is not studied in this document