Vue scientifique : Caractéristiques de l'explosion à Beyrouth

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

La tragique nouvelle d'une énorme explosion à Beyrouth, qui a pris les premières lignes des ressources d'information, soulève des questions naturelles: comment cela a-t-il pu se produire, qu'est-ce qui a explosé là-bas, en raison de quels facteurs de tels incidents sont-ils possibles ? Pour le comprendre, examinons de plus près les propriétés du nitrate d'ammonium et les dangers qui y sont associés.

Ce qui s'est passé à Beyrouth

Bref, la situation ressemble à ceci: il y a six ans, le navire Rhosus entrait dans le port maritime de Beyrouth pour une réparation imprévue. Il appartenait à la compagnie d'Igor Grechushkin, originaire de Khabarovsk. Les autorités portuaires n'ont pas libéré le navire en raison de défaillances des systèmes de sécurité et des documents de cargaison. Progressivement, l'équipe a quitté Rhosus et sa cargaison, composée de 2 750 tonnes de nitrate d'ammonium, a été transférée dans un entrepôt du port, où elle a été stockée pendant les six années suivantes. Les conditions de stockage s'étant avérées insuffisamment fiables, afin de restreindre l'accès à cette cargaison, des travaux de soudure ont été effectués au niveau de l'entrepôt, en raison d'une mauvaise organisation de la sécurité dont, la pyrotechnie stockée dans le même entrepôt s'est par la suite enflammée.

Un incendie s'est déclaré, soutenu par la combustion et les feux d'artifice. Après un certain temps, le nitrate d'ammonium stocké a explosé. L'onde de choc de cette explosion a infligé un grand effet dommageable aux environs de Beyrouth: aujourd'hui, il y a plus de 130 morts, et leur nombre ne cesse d'augmenter au fur et à mesure que de plus en plus de corps sont découverts lors du démantèlement des décombres des bâtiments et des structures. Plus de cinq mille personnes ont été blessées.

Photographies de l'espace prises par le satellite Kanopus-V. La photo ci-dessus est datée du 4 novembre 2019 et la photo ci-dessous est le lendemain de l'explosion. / © Roskosmos.ru

Un grand nombre de maisons ont été endommagées à des degrés divers, la destruction a touché la moitié des bâtiments à Beyrouth, environ 300 000 habitants se sont retrouvés sans abri. Selon le gouverneur de la capitale libanaise, Marwan Abboud, les dégâts de l'explosion sont estimés entre trois et cinq milliards de dollars. Des images prises depuis l'espace du port de Beyrouth, prises avant et après la tragédie, montrent une zone de destruction continue autour de toute la zone portuaire. Trois jours de deuil ont été déclarés au Liban.

Qu'est-ce que le nitrate d'ammonium

Le nitrate d'ammonium, ou nitrate d'ammonium, est un sel d'ammonium de l'acide nitrique, a la formule chimique NH₄NO₃ et se compose de trois éléments chimiques - l'azote, l'hydrogène et l'oxygène. La teneur élevée en azote (environ un tiers en poids) sous une forme facilement assimilable par les plantes permet d'utiliser largement le nitrate d'ammonium comme engrais azoté efficace en agriculture.

En tant que tel, le nitrate d'ammonium est utilisé à la fois sous forme pure et dans le cadre d'autres engrais complexes. La majeure partie du salpêtre produit dans le monde est utilisée précisément à ce titre. Physiquement, le nitrate d'ammonium est une substance cristalline blanche, sous une forme industrielle sous forme de granulés de différentes tailles.

Il est hygroscopique, c'est-à-dire qu'il absorbe bien l'humidité de l'atmosphère; pendant le stockage a une tendance à l'agglomération, la formation de grandes masses denses. Par conséquent, il est stocké et transporté non sous forme de masse solide en vrac, mais dans des sacs denses et durables qui ne permettent pas la formation de grandes masses durcies difficiles à desserrer.

Opérations de dynamitage dans les mines à ciel ouvert utilisant du nitrate d'ammonium dans le cadre d'explosifs industriels / ©Flickr.com.

Le nitrate d'ammonium est un puissant agent oxydant. Les trois atomes d'oxygène qui composent sa molécule représentent 60% de la masse. En d'autres termes, le nitrate d'ammonium contient plus de la moitié de l'oxygène, qui est facilement libéré de sa molécule lorsqu'il est chauffé. La décomposition thermique du nitrate se produit sous deux formes principales: à des températures inférieures à 200 degrés, il se décompose en oxyde d'azote et en eau, et à des températures d'environ 350 degrés et plus, de l'azote libre et de l'oxygène libre se forment simultanément avec l'eau. Cela sépare le nitrate d'ammonium dans la catégorie des oxydants forts et a prédéterminé son utilisation dans la production de divers explosifs, qui nécessitent un agent oxydant.

Nitrate d'ammonium - un composant des explosifs industriels

Le nitrate d'ammonium est inclus dans de nombreux types d'explosifs industriels et est largement utilisé à cet égard, principalement dans l'industrie minière. L'homme n'a encore rien inventé de plus efficace qu'une explosion pour détruire les roches. Par conséquent, presque tout travail avec eux est basé sur une explosion: de l'exploitation minière dans les mines aux coupes à ciel ouvert et aux carrières.

L'industrie minière consomme une énorme quantité d'explosifs, et chaque entreprise minière ou mine de charbon a toujours sa propre usine de production d'explosifs, qui sont consommés en grande quantité. Le faible coût relatif du nitrate d'ammonium permet de l'utiliser pour la production en série de divers explosifs industriels.

Et l'on peut noter ici l'étonnante ampleur de la formation de systèmes explosifs par le nitrate d'ammonium. En mélangeant du nitrate avec littéralement n'importe quelle substance combustible, vous pouvez obtenir un système explosif. Des mélanges de nitrate avec de la poudre d'aluminium ordinaire forment des ammonals, qui sont donc appelés nitrate d'AMMONIUM - ALUMINIUM. 80% de la masse d'ammonal est du nitrate d'ammonium. Les ammoniums sont très efficaces, ils sont bons pour le dynamitage des roches, certaines variétés sont appelées ammonals rocheux.

Explosion massive pendant les opérations minières / © Flickr.com.

Si vous imprégnez du nitrate de carburant diesel, vous obtenez une autre classe d'explosifs industriels - les igdanites, du nom de l'Institut des mines, l'Institut des mines de l'Académie des sciences de l'URSS. Le salpêtre est capable de former des mélanges explosifs lorsqu'il est imprégné de pratiquement n'importe quel liquide inflammable, de l'huile végétale au fioul. D'autres classes d'explosifs à base de nitrate utilisent des additifs de divers explosifs: par exemple, les ammonites (ce ne sont pas que des céphalopodes fossiles) contiennent du TNT ou du RDX. Sous sa forme pure, le nitrate d'ammonium est également explosif et peut exploser. Mais sa détonation est différente de la détonation d'explosifs industriels ou militaires. Quoi exactement? Rappelons brièvement ce qu'est la détonation et en quoi elle diffère de la combustion ordinaire.

Qu'est-ce que la détonation

Pour que les réactions de combustion commencent dans les substances combustibles, les atomes du combustible et du comburant doivent être libérés et rapprochés jusqu'à ce que des liaisons chimiques se forment entre eux. Les libérer des molécules dans lesquelles elles sont contenues, c'est détruire ces molécules: c'est le chauffage des molécules à la température de leur décomposition. Et le même chauffage rassemble les atomes du carburant et du comburant pour former une liaison chimique entre eux - pour une réaction chimique.

Lors d'une combustion normale - appelée déflagration - les réactifs sont chauffés par un transfert de chaleur normal depuis le front de flamme. La flamme chauffe les couches de la substance combustible, et sous l'influence de cet échauffement, les substances se décomposent avant le début des réactions de combustion chimique. Le mécanisme de détonation est différent. Dans celui-ci, la substance est chauffée avant le début des réactions chimiques en raison d'une compression mécanique à un degré élevé - comme vous le savez, sous une forte compression, une substance s'échauffe.

Une telle compression donne une onde de choc traversant la pièce détonante d'explosif (ou simplement le volume, si un liquide, un mélange gazeux ou un système polyphasique détonne: par exemple, une suspension de charbon dans l'air). L'onde de choc comprime et chauffe la substance, y provoque des réactions chimiques avec dégagement d'une grande quantité de chaleur et est elle-même alimentée par cette énergie de réaction libérée directement dans celle-ci.

Et ici, la vitesse de détonation est très importante - c'est-à-dire la vitesse de l'onde de choc traversant la substance. Plus il est gros, plus l'explosif est puissant, l'action explosive. Pour les explosifs industriels et militaires, la vitesse de détonation est de plusieurs kilomètres par seconde - d'environ 5 km/sec pour les ammonals et ammonites et 6-7 km/sec pour le TNT à 8 km/sec pour le RDX et 9 km/sec pour le HMX. Plus la détonation est rapide, plus la densité d'énergie de l'onde de choc est élevée, plus son effet destructeur est fort lorsqu'elle quitte les limites de la pièce d'explosif.

Si l'onde de choc dépasse la vitesse du son dans le matériau, elle l'écrase en morceaux - c'est ce qu'on appelle l'action de dynamitage. C'est elle qui brise le corps d'une grenade, d'un projectile et d'une bombe en fragments, écrase des roches autour d'un forage ou d'un forage rempli d'explosifs.

Avec la distance d'un explosif, la puissance et la vitesse de l'onde de choc diminuent, et à partir d'une certaine distance courte elle ne peut plus écraser la substance environnante, mais peut agir sur elle avec sa pression, pousser, froisser, disperser, jeter, jeter. Une telle action de pression, d'écrasement et de projection est appelée hautement explosive.

Caractéristiques de la détonation du nitrate

Le nitrate d'ammonium industriel sans aucun additif qui forme des explosifs, comme nous l'avons noté ci-dessus, peut également exploser. Sa vitesse de détonation, contrairement aux explosifs industriels, est relativement faible: environ 1,5-2,5 km/sec. La propagation de la vitesse de détonation dépend de nombreux facteurs: la forme des granules du salpêtre, leur degré de compression, la teneur en humidité actuelle du salpêtre et bien d'autres.

Par conséquent, le salpêtre ne forme pas d'action de dynamitage - il n'écrase pas les matériaux environnants. Mais l'effet hautement explosif de la détonation du nitrate produit tout à fait tangible. Et la puissance d'une détonation particulière dépend de sa quantité. Avec de grandes masses explosives, l'effet hautement explosif de l'explosion peut atteindre la destructivité de n'importe quel niveau.

Suite de l'explosion à Beyrouth / © "Lenta.ru"

En parlant de détonation, nous notons un autre point important - comment cela commence. En effet, pour qu'une onde de choc de compression traverse l'explosif, elle doit être lancée d'une manière ou d'une autre, créée avec quelque chose. Le simple fait d'allumer un morceau d'explosif ne fournit pas la compression mécanique requise pour amorcer la détonation.

Ainsi, sur de petits morceaux de TNT, incendiés avec une allumette, il est tout à fait possible de faire bouillir du thé dans une tasse - ils brûlent avec un sifflement caractéristique, parfois fument, mais brûlent tranquillement et sans explosion. (La description n'est pas une recommandation pour faire du thé ! C'est toujours dangereux si les morceaux sont gros ou contaminés.) Pour déclencher la détonation, vous avez besoin d'un détonateur - un petit appareil avec une charge explosive spéciale insérée dans le corps principal des explosifs. L'explosion d'un détonateur, étroitement inséré dans la charge principale, lance une onde de choc et une détonation dans celle-ci.

Qu'est-ce qui a pu causer la détonation

La détonation peut-elle se produire spontanément ? Peut-être: la combustion ordinaire est capable de se transformer en détonation lorsqu'elle est accélérée, avec une augmentation de l'intensité de cette combustion. Si vous enflammez un mélange d'oxygène et d'hydrogène - un gaz explosif - il commencera à brûler doucement, mais à mesure que le front de flamme s'accélère, la combustion se transformera en détonation.

La combustion de systèmes gazeux polyphasiques, tels que toutes sortes de suspensions et d'aérosols, qui sont utilisés dans les munitions pour une explosion volumétrique, se transforme rapidement en détonation. La combustion du propergol peut également se transformer en détonation si la pression dans le moteur commence à augmenter rapidement, d'une manière hors conception. Une augmentation de la pression, une accélération de la combustion - telles sont les conditions préalables au passage de la combustion ordinaire à la détonation.

En outre, les catalyseurs de combustion peuvent être divers additifs, contaminants, impuretés - plus précisément, eux-mêmes ou leurs composants, qui contribueront à la transition locale vers la détonation. Les munitions oxydées et rouillées sont plus susceptibles d'exploser si l'explosif est adjacent à la section oxydée de la coque. Il y a beaucoup de nuances et de points dans le déclenchement de la détonation que nous omettrons, revenons donc à la question: comment le salpêtre a-t-il pu exploser dans l'entrepôt ?

Et ici il est évident que la pyrotechnie pourrait parfaitement jouer le rôle d'un détonateur. Non, juste un sifflement de raquette de poudre a à peine provoqué la détonation du salpêtre avec sa force de fumée avec des étincelles. Mais la vidéo capture de nombreuses flambées massives scintillant dans la fumée du feu avant l'explosion de salpêtre. Ce sont de petites explosions d'une dispersion de composants pyrotechniques de feux d'artifice. Ils ont servi de début détonant évident. Non, ce n'étaient pas des détonateurs industriels.

Mais dans des conditions d'incendie, de chauffage de grandes surfaces de salpêtre avec une flamme et de massivité de milliers d'opérations pyrotechniques en cours, ces fusées pyrotechniques ont probablement été introduites dans la surface chauffée de salpêtre avec d'autres explosions de salpêtre chaud. À un moment donné, sa détonation sous un tel impact s'est produite - et s'est propagée à toute la gamme de salpêtre stocké.

Il est difficile d'analyser d'autres événements en détail sans des informations détaillées et une étude du site de l'explosion. On ne sait pas dans quelle mesure les 2 750 tonnes ont explosé. La détonation n'est pas un commencement absolu qui se produit toujours tel qu'il est écrit sur papier. Il arrive que les briquettes de TNT empilées ne détonent pas toutes: certaines d'entre elles se dispersent simplement sur les côtés, si des mesures fiables ne sont pas prises pour transférer la détonation entre elles.

Après des explosions massives de rochers, quand des centaines et des milliers de puits remplis d'explosifs sautent (ils peuvent être équipés d'explosifs pendant un mois entier), après qu'un nuage de poussière se soit déposé, seuls des spécialistes pénètrent toujours d'abord dans la zone d'explosion et inspectent ce qui a explosé. et ce qui n'a pas explosé. Ils collectent également des explosifs non explosés. Il en est ainsi du salpêtre dans un entrepôt du port de Beyrouth: la complétude de la détonation de l'explosion de toute la masse de nitrate est difficile à déterminer, mais force est de constater qu'elle était assez importante.

Caractéristiques de l'explosion à Beyrouth

L'image même de l'explosion correspond bien à la détonation de nitrate. Une grande colonne de fumée brun rougeâtre après l'explosion est une couleur typique du nuage avec des oxydes d'azote rouges, qui sont libérés en grande quantité lors de la décomposition du nitrate dans l'explosion. En raison de la faible vitesse de détonation du nitrate, aucune action d'écrasement massive ne s'est produite.

Par conséquent, un grand cratère ne s'est pas formé sur le site de l'explosion: les matériaux des piles et le revêtement de sol en béton des entrepôts n'ont pas été détaillés, ils n'ont donc pas été jetés. Pour cette raison, il n'y a pas eu de bombardement de la ville avec des morceaux volant de la zone de l'explosion, et le haut sultan de morceaux volants et de fragments formés par l'explosion ne s'est pas élevé au-dessus du lieu de l'explosion.

Une colonne de fumée, colorée par les émissions d'oxydes d'azote lors de la décomposition du nitrate d'ammonium / © dnpr.com.ua.

Dans le même temps, le dégagement abondant de produits de combustion gazeux - vapeur d'eau, oxydes d'azote - a donné à l'image de l'explosion les caractéristiques d'une explosion volumétrique. En plus d'une onde de choc qui passe rapidement, suffisamment puissante et visible comme un mur brumeux rapide, la prise de vue montre un mur approchant de gaz d'explosion en expansion, mélangés à de la poussière et s'élevant de la surface de la terre à une approche rapide. Ceci est typique des explosions de grands volumes avec une faible vitesse de détonation.

La nature des dommages aux bâtiments avec une forte probabilité montrera qu'ils ont été affectés non seulement par l'onde de choc elle-même - puissante, mais à court terme - mais aussi par une exposition plus longue au flux gaz-air en expansion dispersé depuis la zone d'explosion.

Explosions de nitrates à Beyrouth

Des explosions d'engrais à base de sels d'acide nitrique se sont déjà produites, elles sont bien connues, il y a beaucoup de cas de ce genre dans l'histoire. Ainsi, le 1er septembre 2001, à Toulouse, dans l'usine d'engrais de la société Grande Paroisse, un hangar a explosé, dans lequel 300 tonnes de nitrate d'ammonium ont explosé. Environ 30 personnes sont mortes, des milliers ont été blessées. De nombreux bâtiments toulousains ont été endommagés.

Plus tôt, le 16 avril 1947, il y avait eu une explosion de 2 100 tonnes de nitrate d'ammonium à bord du navire « Grancan » dans le port de Texas City, aux États-Unis. Il a été précédé d'un incendie sur le navire - une situation et une séquence d'événements similaires. L'explosion a provoqué des incendies et des explosions sur des navires et des installations de stockage de pétrole à proximité. Environ 600 personnes ont été tuées, des centaines sont portées disparues, plus de cinq mille ont été blessées.

Le 21 septembre 1921, 12 000 tonnes d'un mélange de sulfate d'ammonium et de nitrate d'ammonium ont explosé dans l'usine chimique BASF près de la ville d'Oppau en Bavière. Une explosion d'une telle puissance a formé un énorme cratère, deux villages les plus proches ont été effacés de la surface de la terre et la ville d'Oppau a été détruite.

Des explosions catastrophiques de nitrate d'ammonium avec de grandes destructions et de nombreuses victimes se sont produites en 2004 dans la ville nord-coréenne de Ryongcheon; en 2013 dans la ville de West au Texas, USA; en 2015 dans la ville portuaire de Tianjin en Chine. Et la liste continue.

Malheureusement, le nitrate d'ammonium, avec tous les énormes avantages qu'il apporte à une personne, reste un objet dangereux qui nécessite le respect d'un certain nombre d'exigences de sécurité lors de sa manipulation. Et l'imprudence ou la négligence peuvent engendrer de nouvelles tragédies, dont la prévention passe à la fois par un durcissement des règles de manipulation des nitrates et une responsabilité accrue de leur respect et de leur mise en œuvre.