Évacuation des gaz et protection contre la déflagration : NFPA 68/69 et leurs conséquences pour le revêtement

Lors d'un emballement thermique (thermal runaway), les cellules de batteries libèrent un mélange gazeux inflammable — essentiellement de l'hydrogène, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et des hydrocarbures comme le méthane et l'éthylène. Dans les conteneurs fermés et les locaux batteries, ce mélange peut s'accumuler jusqu'à ce qu'une source d'inflammation déclenche une déflagration. Plusieurs événements graves de ces dernières années, y compris avec des intervenants blessés, ne sont pas imputables à l'incendie lui-même, mais à l'explosion des gaz de dégazage accumulés.

Les spécialistes distinguent deux scénarios : la déflagration immédiate, où le gaz s'enflamme peu après le dégazage, et la déflagration différée, où le gaz s'accumule pendant des minutes ou des heures avant de s'enflammer. Cette dernière génère des pressions bien plus élevées — et n'est guère maîtrisable par des mesures purement passives. NFPA 855 exige donc pour les systèmes de stockage lithium-ion une solution de protection contre les explosions : décharge de pression selon NFPA 68 et/ou prévention des explosions selon NFPA 69.

NFPA 68 régit la décharge de pression de déflagration : disques de rupture, clapets ou panneaux de construction légère s'ouvrent à une pression de déclenchement définie et évacuent l'onde de pression et les flammes de manière contrôlée vers l'extérieur. Les surfaces d'évent sont dimensionnées sur la base des propriétés des gaz — pression maximale d'explosion, vitesse de combustion et limites d'explosivité du gaz de dégazage, telles que les fournit le rapport UL 9540A au niveau cellule — ainsi que de la résistance à la pression de l'enveloppe (pression maximale réduite que l'enceinte doit supporter).

• La base de dimensionnement est constituée des caractéristiques réelles des gaz issues du rapport UL 9540A, et non d'hypothèses génériques
• La construction de l'enceinte doit résister à la pression d'explosion réduite résiduelle
• Des zones libres doivent être respectées devant les ouvertures de décharge — c'est là que s'échappent pression, flammes et débris
• La décharge de pression passive agit de manière fiable surtout contre les déflagrations immédiates

NFPA 69 intervient avant l'inflammation : la détection de gaz et la ventilation mécanique maintiennent en permanence la concentration des gaz inflammables sous 25 pour cent de la limite inférieure d'explosivité (LFL). Comme valeur de référence pour le dimensionnement des locaux batteries s'est établi un débit de ventilation d'au moins 1 cfm par pied carré de surface au sol (environ 5,1 l/s par m²), dimensionné sur l'événement le plus défavorable du rapport d'essai. L'hydrogène étant, avec une LFL d'environ 4 pour cent en volume, le composant le plus critique, il est judicieux de baser la détection sur l'hydrogène comme grandeur de référence.

En pratique, les deux standards sont combinés : la ventilation et la détection selon NFPA 69 empêchent l'accumulation de gaz, les surfaces de décharge de pression selon NFPA 68 couvrent le risque résiduel d'inflammation immédiate. Cette défense en profondeur protège non seulement l'installation, mais surtout les intervenants qui doivent s'approcher de l'enveloppe en cas d'événement.

Pour le revêtement intérieur des conteneurs et des locaux batteries, la protection contre les explosions engendre des règles de construction concrètes qui vont au-delà de la protection incendie classique. Une isolation qui cloisonne parfaitement en cas d'incendie peut devenir un problème en cas de déflagration — si elle bloque les surfaces de décharge, se détache sous la pression ou crée des cavités dans lesquelles le gaz s'accumule.

• Maintenir les surfaces de décharge de pression et les chemins d'évacuation des gaz totalement libres de couches d'isolation et d'habillage
• Fixer mécaniquement les revêtements de sorte qu'ils résistent au coup de pression et ne génèrent pas de projections de débris
• Choisir des surfaces fermées et incombustibles ; pas de cavités ouvertes ni de zones mortes sans ventilation
• Revêtir les chemins d'évacuation des gaz de dégazage chauds avec des matériaux résistants à la température — selon la chimie des cellules, les températures de gaz peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés
• Cloisonner les traversées pour la ventilation, la détection et les câbles de manière étanche aux gaz et aux fumées, sans entraver la fonction de décharge

Protection incendie et protection contre les explosions doivent donc être conçues ensemble : le revêtement fait partie des deux systèmes. Qui conçoit le cloisonnement thermique sans connaître les chemins d'évent, les pressions de déclenchement et le concept de ventilation risque que les systèmes de protection se neutralisent mutuellement — au pire avec une barrière qui contient l'incendie mais amplifie l'explosion.