ANALYSE DE RISQUE LORS DE LA CONCEPTION DE PROJETS NOVATEURS

APPLICATION AU SWISSMETRO

POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ÈS SCIENCES TECHNIQUES

PAR

David VERNEZ Ingénieur chimiste diplôme EPF

originaire de Villars-Bramard (VD)

acceptée sur proposition du jury:

Prof. M. Jufer, directeur de thèse Dr E. Berger, rapporteur

Prof. E. Brühwiler, rapporteur Dr D. Buchs, rapporteur

Prof. M. Guillemin, rapporteur

Lausanne, EPFL 1 999

Version abrégée

Swissmetro est un projet novateur destiné au transport public interurbain en Suisse. Du fait de la géographie particulière et de l'occupation importante du sol dans les régions de plaine en Suisse, l'infrastructure prévue pour le Swissmetro sera entièrement en tunnel. Pour réduire la traînée aérodynamique des véhicules un vide partiel sera maintenu dans les tunnels de circulation. Une propulsion par moteur linéaire, une sustentation et un guidage magnétique, sans contacts, pennettra aux véhicules d'atteindre des hautes vitesses (500 km/h vitesse maximale).

Depuis les premières méthodes d'analyses systématique du risque, datant des années septante, de nombreuses démarches ont été proposées. Selon leur domaine d'application, ces méthodes présentent des caractéristiques distinctes : méthodes prospectives ou rétrospectives, inductives ou déductives, qualitatives ou quantitatives. Malgré cette profusion, l'analyse des systèmes novateurs et complexes à un stade précoce de la conception reste délicate. Ln pertinence des résultats obtenus est en effet directenient liée à la complexité et la connaissance du système étudié.

Trois déniarches distinctes d'analyse de risque dans le projet Swissriietro ont été entreprises diiiis ce travail. Les objectifs sont à la fois niéthodologiques et pratiques : d'une part, développer une méthodologie et des outils pertinents à l'analyse et à la gestion du risque dans la conception des projets novateurs ; d'autre pi11-t. fournir des éléments de dcurité concrets exploitables dans la gestion du risque du projet Swissmetro.

Partie A. Retour d'expérience

En première approximation. le Swissmetro peut être assimilé à un train circulant dans un tunnel ou à un niétro. Du fait de I'accroissenient de la proportion des voies de communication réalisées en souterrain. la sécurité en tunnel est un sujet d'intérêt actuel dans de nombreux pays. La littérature internationale, les bases de données infonnatiques et les divers contacts dans le domaine ferroviaire ont permis la collecte d'informations concernant l'état de I'art de la sécurité en tunnel et des cas d'accidents survenus. 176 cas d'accidents impliquant des trains en tunnel ou des métros ont été collectés. II apparaît. qu'à l'exception des cas d'effondrement, relativement rares, le tunnel constitue un avantage en tennes de probabilités d'occurrence des accidents. D'un autre côté, l'infrastmcture peut constituer un facteur aggravant les conséquences de l'accident. Ceci. en particulier dans le cas d'un incendie. C'est pourquoi. les mesures de sécurité en tunnel sont essentiellement destinées à faciliter la gestion des situations dangereuses.

L'analyse des cas d'accident répertoriés et de l'état de I'art de Io sécurité en tunnel fournit des élériients clefs pour la gestion du risque dans le Swissmetro. Des mesures pratiques et le concept global de sécurité du projet sont directement inspirées des acquis de la sécurité dans les tunnels classiques.

Partie B. Analyse des dangers

D'un point de vue technique, le Swissmetro est sensiblement différent d'un système ferroviaire classique. Quatre sources de danger potentielles, propres au Swissmetro, ont fait l'objet d'une analyse détaillée.

Si elles sont uniques dans le domaine des transports terrestres, les conditions hypobare dans lesquelles évolueront les véhicules du Swissmetro ont déjà été rencontrées dans d'autres domaines de transports publics. comme l'aviation civile. Quatre effets physiologiques significatifs peuvent être rencontrés dans le cas d'une décompression accidentelle de l'habitacle : les barotraumatismes, I'hypoxie, la nialadie de décompression et I'ébullisme. Un modèle de décompression permettant de calculer l'évolution de la pression de l'habitacle 11 été développé. La simulation du modèle a été effectuée pour différentes situations de déconlpression accidentelle. Les mesures de sécurité recommandées sont de deux types : d'une part des mesures de protection passive (design du véhicule, niveau de pression dans le tunnel) ; d'autre part des mesures de protection active (remise en pression d'urgence du tunnel).

L'étanchéité des véhicules implique un confinement pouvant être une source de danger toxique. Sans recyclage de I'air de la cabine (panne ou absence de système de recyclage) les concentrations de gaz physiologiques, comme l'oxygène et le dioxyde de carbone. peuvent atteindre des seuils dangereux. Un modèle de permettant de calculer l'évolution des concentration d'oxygène et de dioxyde de carbone dans l'habitacle et leur effets potentiels ri été développé. Les résultats obtenus montrent qu'il est nécessaire. pour des raisons de confort et de sécurité, de prévoir un recyclage permanent de I'air de la cabine et un apport d'oxygène de secours. Trois méthodes d'élimination des polluants sont discutées : la dilution. la sorption et la séparation des gaz.

Les condition d'incendie dans l'atmosphère Iiypobare du tunnel sont discutées. Malgré la pression partielle d'oxygène réduite, l'ignition est possible. La vitesse de combustion est toutefois limitée par les conditions de confinement. En cas de remise en pression du tunnel, les conditions de propagation du feu sont sensiblement les mêmes que dans les tunnels classiques.

Les éventuels dangers liés à présence de champs magnétiques et électriques de très basse fréquence dans l'habitacle sont discutés. Les effets toxiques chroniques des ELF (Extremly Low Frequency) n'étant pas connus avec certitude, il est, à l'heure actuelle. difficile de définir un niveau "acceptable" d'exposition à ces champs. La pertinence des recommandation et standards actuels pour le cas du Swissmetro sont discutés.

Partie C. Analyse par réseaux de Petri

En première approche, des méthodes classiques d'analyse de risque (STEP Sequentially Timed Events Plotting, HAZOP HAZ;ud and Operability) ont été utilisées pour l'étude systématique des situations de défaillance et des scénarios d'accident dans le Swissmetro. Ces méthodes ont montré un intérêt limité dans l'assistance à conception du système. Finalement deux outils d'exploration des accidents et situations de défaillance par réseaux de Petri colorés ont été développés. Les réseaux de Petri permettent In simulation dynamique de systèmes fonctionnant en parallèle et en conflit.

Le premier ouril est un modèle de simulation des scénarios d'accidents selon une représentation rnultilinéaire. Chaque acteur de l'accident est décrit par une place du réseau. Le franchissement d'un transition permet de décrire les événement (action ou changement d'état) survenant dans l'accident. Le niodèle permet de considérer des relations logiques et temporelles coniplexes. Tous les scénarios possible à partir d'une situation initiale, d'acteurs et d'événements donnés sont explorés par l'examen du graphe de marquage généré par la simulation. La génération de différents scénarios d'accident en tunnel montre des résultats cohérents vis-à-vis des cas étudiés lors de l'analyse STEP.

Le second outil permet l'exploration systématique des défaillances possibles du système. Les foiictions et les opérations du système sont toutes deux décrites par des places du réseau de Petri. Ces dernières sont liées entre-elles au nioyen de places de fusion et de transitions. La simulation du inodèle permet l'exploration de tous les états de fonctionnement ou de dysfonctionnement atteignables par le système. La simulation des opération dans une station du Swissriietro montre l'intérêt du niodèle dans l'optique d'une sécurité intrinsèque. Les risques inhérents à des variantes de coiifiguration ou d'exploitation de la station peuvent en effet être comparés qualitativement et quantitativement.

Conclusions

Les trois méthodes d'analyse entreprises sont à la fois nécessaires et complémentaires. L'étude des acquis en matière de sécurité en tunnel a permis de cibler le niveau de risque acceptable et de développer un concept global de sécurité pour le Swissmetro. L'analyse des dangers a permis de détemiiner des mesures de sécurité, notamment des mesures de sécurité intrinsèques, spécifiques aux sources de danger du Swissmetro. Ces deux démarches classiques se sont donc avérées utiles pour les aspects pratiques de la gestion du risque.

L'analyse inductive par réseaux de Petri développée est un outil puissant d'assistance à la conception. L'évolution du projet peut être orientée vers une conception intrinsèquement sûre grâce aux possibilités de comparaison des variantes. Les modèles développés sont par ailleurs génériques et peuvent être utilisés dans des systèmes variés (risques industriels, interface homme-machine,. . .).

Finalement, ces démarches apportent des éléments pratiques et des outils de sécurité déterminants dails la gestion du risque du projet Swissmetro. Leur exploitation devrait permettre d'atteindre un niveau de risque acceptable pour le projet.

Abstract

Swissmetro is the project of a new public transportation systeni for interurban linking in Switzerland. Because of geographic and surface occupation constraints, Swissmetro vehicles will travel underground. In order to decrease the aerodynamic drag in the tunnels, ambient pressure will be reduced signiticantly (partial vacuum). To ensure high perfonnances (max. speed 500 km/h), vehicles will be propelled and guided without friction by a linear motor and a riiagnetic levitation systeni.

Sirice the seventies, inany systematic risk analysis niethods have been developed. Depending on the field of application, the approach used may be prospective or retrospective, inductive or deductive, quantitative or qualitritive. Whatever the mcthodology used, the quality of the results obtained by risk aniilysis is function of the system's coriiplexity and the accuracy of its description. Therefore, despite the tools available, risk analysis and risk riiariagenient in iiew cornplex systems, at an early stage of conception, is still very uncertaiii.

Three distinct coniplernentary npproaclies of risk analysis were elaborated in the Swissmetro project. The objectives of this work are both conceptual and pragrnatic: firstly to develop a methodology and tools for risk management in the conception of new systeins; secondly to provide concrete solutions for risk nianageiiient in the Swissnietro project.

Part A. I'earning from tunnel safety experience

111 a first approximation. Swissmetro inay be compared to a train in a tunnel or a subway. Because of the increasing proportions of underground means of transportation, the safety of existing and planned tunnels is a subject of interest in inany countries. Data concerning tunnel safety management and tunnel accidents were collected trougli literature. datnbiises and contacts in the field of railway transportation. A total of 176 accident cases concerning railways in tunnel or underground railway systeins were collected. With the exception of cases of collapsinp tunnels. which are inost iiifrequerit. tunnels offer a siifety advnntage in terms of occurrence. On the other hand. tunnels constitute an aggrrivating factor froin the point of view of consequeiices. Critical incidents. especially tires. are dramatised by the confineriient and difficulties of access in tunnels. Safety considerations are therefore focused on accidents mitigation rather than preventiori.

The study of accident cases and of the state of art in tunnel safety rnanagement provides several useful elements for Swissinetro. The general safety concept developed for the Swissmetro project is directly inspired from this experience. Moreover. several safety measures recommended for railway tunnels are relevant.

Part B. Hazard analysis

Technically, Swissnietro differs froni a train or a metro. Some potential hazards, which are specific to the Swissmetro, have been studied.

The hypobaric conditions surrounding the vehicle (partial vacuum). have been encountered in other public transportation systems like aeroplane. In the case of decompression, the relevant pliysiological effects are barotraumas, hypoxia, decompression sickness and ebullisrn. A riurnerical niodel was developed to evaluate the pressure conditions inside the cabin as a function of time. Several possible situations of decompression kinetic in the Swissnietro were simulated. Two types of safety measures against decompression are recommended: passive measures (vehicle design, pressure level in the tunnel) and active (emergency repressurisation of the tunnel).

The vehicles contïnenient due to the airtight cabin iriduce a toxic hazard. In case of failure of the air recycling system the level of physiolo_oical gases in the cabin, like carbon dioxide excess or oxygen lack. may endanger the passengers. A nuinerical mode1 was developed to simulate the evolution of carbon dioxide and oxygen, and their physiological effects. Kesults point out the need of a permanent recycling system and an ernergency oxygen supply in the vehicles. Three methods of air recycling (dilution, sorption and gas separation) were discussed.

Fire hazard in the hypobaric atmosphere of the tunnel is discussed. Despite the low partial pressure of oxypeii, ignition in the tunnel is possible. The confinement will limit the speed of combustion. In case of emergency repressurisation, the situation will be very similar to a classic railway tunnel.

The extremely low frequency magnetic and electric fields present inside the vehicle are discussed. Because of the uncertainties about their health effects, it is difficult to define an "acceptable" level of exposure. Relevance of ELF exposure recommendations and standards for Swissmetro are discussed.

Part C. Inductive analysis through Coloured Petri Nets

System malfunctions and accident scenarios were initially investigated through classical methods (HAZOP HAZards Operability studies, STEP Sequentially Tinied Events Plotting). These methods have shown to be poorly adnpted to system design. Two accident exploration tools using coloured Petri Nets were developed. Petri nets allow dynamic simulation of parallel and concurrent systems.

The tirst tool is designed to describe a scenario accident based on a multilinear model of events. Each actor of the accident is described by a place in the Petri Net. The events (actions or changes of state) are described by a transition firing. The niodel allows a co~nplex description of causal relationships taking time into consideration. Al1 the possible scenarios based on a i v e n set of events and relationships may be investigated through the examination of the occurrence graph generated by the siinulation. The generation of scenarios for tunnel accidents show coherent results when conipared to cases of accidents reported in the previous STEP analysis.

The second tool is designcd to explore the possible ~nalfunctions during system operations. Both functions and operations are described by places of the Petri Net. These places are linked topether by transition and fusion places. The simulation of the net permits the exploration of al1 the possible states of the system. The model developed allows 9 , . timed" simulation and a quantitative (probabilistic) description of possible states. The simulation of operations in a Swissmetro station demonstrates the usefulness of the tool for an intrinsic safety conception. Indeed, the inherent risk related to distinct configurations and exploitations of the station may be compared.

Conclusion

The three methods used have shown to be both coinplementary and necessary. The study of safety experiences in tunnels have been useful to develop a general safety concept and to define an acceptable level of risk. The hazard analysis has been determinant for specific safety measures, in particular intrinsic safety measures. These two traditional methods are therefore pertinent for practical safety iiianagement.

The Petri Net inductive risk analysis method dcveloped is a powerful tool for the elaboration of Swissinetro. Because, it allows quantitative and qualitative comparisons of versions systcm configurations, it promotes an intrinsic safe design. Moreover. the Petri Net structure developed may be used in many other fields (industrial process, man- machine interactioii. . ..).

Finally, these approaches provides adequate elements and tools for the Swissmetro project safety management, which should allow to achieve an acceptable level of risk.

TABLE DES MATIERES

1 . INTRODUCTION ., .......... ...- .....-..... .. .... .................. ......... ....... . .. ............ . .. 1

II . LE PROJET SWISSMETRO ....... .... .... ................................................................... ... ................ 5

n . i CARA&STIQUES DU PROJET ................................................................................................................. s ............................................................................................................................................ II. 1 . 1 Véhicule 5 ............................................................................................................................................. 1 I. 1.2 Tunnels 5

....................................................................................................................................... I l . 1.3 Exploitation 6 ....................................................................................................................... II. 1.4 Postes d'exploitation 6

.................................................................................................. 1.1.5 Propulsion. guidage et sustentation 7 ....................................................................................................................... 1.1.6 Distribution d'énergie 7

.............................................................................................................................................. 111.7 Stations 7 11.2 LA S~CURITÉ DANS LE PROJET SWISSMETRO ............................................................................................ 7

.......................................................................................................................... II . 2.1 Objectifs de sdcuritd 7 .................................................................................................................................... 11.2.2 Organisation 8

PARTIE A Acquis des transports publics

................................................ I n . RETOUR D'EXP~RIENCE DES ACCIDENTS EN TUNNEL 1 0

................................................................................................................................................ III . 1 PRINCIPES 1 0 .............................................................................................................................................. 111.2 D~MARCHE 1 0

IV . ETUDE DES CAS D'ACCIDENTS EN TUNNEL ........................................... ............................ 11

IV . 1 SOURCES D'INFORMATION ...................................................................................................................... 11 ............................................................................................................................ . W 1.1 Bases de données 11

............................................................................................................................................ W . 1.2 Internet 11 ....................................................................................................................................... IV; 1.3 Litikrature 11

................................................................................ N. 1.4 Rapports des accidents finoviaires de I'OFT 12 ........................................................................................................................... IV . 2 ACCIDENTS RECENS~S 1 3

................................................................................................................... N.3 MÉCAMSME DE L'ACCIDENT 14 ...................................................................................................... N . 3.1 Modèle théorique de 1 'accident 14

...................................................................................... ii! 3.2 Analyse du mécanisme de cas d'accidenfs 15 ....................................................................................................... IV . 3.3 Processus global de l'accident 15

............................................................................................................. IV.4 CONFIGURATION DES TUNNELS 1 6 ....................................................................................................................................... N . 5 OBSERVATIONS 1 7

............................................................................................................................. W . 5 . 1 Evénements clefs 17 ................................................................................................................... N; 5.2 Gravité des dommages 2 2

.......................................................................................................................... N. 5.3 Impact médiatique 2 6

........................... ............. V . ACQUIS DE LA SÉCURITÉ EN TUNNEL , ..,.... - ..,........ ..... ............ 2 7

....................................................................................................... V . 1 SÉc- NH~ENTE AUX T~NNELS 27 ...................................................................................................... V.2 C o ~ m ET MESURES DE SÉCURITÉ 27

................................................................................................................................. V. 2.1 Infiastructure 2 8 .................................................................................................................................... V. 2.2 Exploitation 2 9 ................................................................................................................................... V. 2.3 Equipements 2 9

V.3 FRÉQUENCE DES CAS D'ACCIDENT ........................................................................................................... 31 ..................................................................................................................... V. 3.1 Accidents firroviaires 31

.......................................................................................................................... V . 3.2 Accidents routiers 3 4 V . 4 EFFET DES MESURES DE sÉ- ........................................................................................................ 35 V . 5 CON~GURATION DES LONGS TUNNELS .................................................................................................... 39

............... VI . IMPLICATIONS DU RETOUR D'EXPÉRIENCE POUR LE PROJET ........-.... 41

.............................................................................................................. VI . 1 CONCEPT GLOBAL DE s&mrn3 4 1 ......................................................................................................................................... VI. 1.1 Priorités 4 1

........................................................................................................ V 1. 1.2 Concept & sécuritb en tunnel 4 1 VI. 1.3 Lieu sflr ........................................................................................................................................... 41

............................................................................................................................... VI.1.4 Chemin de firite 42 ........................................................................................... VI.2 ~NFRASTRUCTURE ET MESURES DE SÉCURITÉ 42

................................................................................................................................. . VI 2.1 Configuration 4 2 ...................................................................................................................................... V 1. 2.2 Ventilation 4 2

.............................................................................................. VI.2.3 Opportunité d'une galerie technique 42 ............................................................................................................. VI . 2.4 Autres mesures de sécurité 4 2

................................................................................................... VI.3 NIVEAU DE SÉCURITÉ DU SWISSMETRO 42 ............................................................................................. VI . 3.1 Sécurité intrindque du Swissmetro 4 3

V1.4 LIMITES DU RETOUR D'EXP~IENCE DES TRANSPORTS TERRESTRES ........................................................ 4 3

PARTIE B Evaluation du potentiel des dangers propres au Swissmetro

VI1 . EVALUATION DES DANGERS .............................. ,.U, ...... . . . . . ...................... , ......... 4 6

............................................................................................................................................ vn . i PRINCIPES 46 .......................................................................................................... VII. 1.1 L'énergie. source & dnger 4 6

...................................................................................................... V II. 1.2 Risque et dommages potentiels 4 6 VII.2 DÉMARCHE D'ANALYSE ...................................................................................................................... 4 7

............................................................................................ VI 1. 2.1 Domaine d'application et limitations 4 8 VII.3 APPLICATION ................................................................................................................................... 4 9

................................................................................. VI1 3.1 Sources d'knergie et catalogue des dangers 4 9 .................................................................................................... V11.3.2 Dangers propres au Swissmetro 5 2

MI . GRADIENT DE PRESSION ............................... ..-. ..................................................... 5 3

VIII.l DI~MARCHE D'ÉVALUATION ................................................................................................................ 5 3 ..................................................................................................................... V I n . 2 EFFETS PHYSIOLOGIQUES 5 4

............................................................................................... V1lI . 2.1 Physiologie des basses pressions 5 4 ..................................................................................................................... VI11 . 2.2 barotraumatismes 5 4

.................................................................................................................................... VI. I. 2.3 Ebullisme 5 6 ...................................................................................................................................... VIZI 2.4 Hypoxie 5 6

........................................................................................................ VII I. 2.5 Maladie de décompression 5 8 ................................................ W I . 3 LIMITATIONS DES EFFETS PHYs~oLOGIQUES POUR LE SWISSMETRO 6 0

............................................................................................................... Y I 3 Limitation & 1 'hypoxie 60 .................................................................................... VIII . 3.2 Limitation de la surpression puimonaire 61

................................................................................................................................ VI1 I. 3.3 Autres efets 6 2 ................................................................................. VZZ 13.4 Organes des sens et fonctions de relations 62

VIII.4 S C J ~ A R I O S DE D~COMPRESSION .......................................................................................................... 64 VIII.4.1 Cidtique & fuite de l'habitacle .............................................................................................. 64

................................................................................................................................... VII I. 4.2 Simulation 68 ............................................................................................................... YI1 I. 4.3 Application numérique 6 9

................................................ VI. I. 4.4 Résultats Scénarios de décompression et analyse de sensibilité 71 ...................................................................................................................... VIII.5 IMPACT SUR LE PROJET 8 0

................................................................................................................. V I 5.1 Structure du véhicule 8 0 ........................................................................................................ VII I. 5.2 Repressurisati'on d'urgence 8 0

..................................................................... VI1 I. 5.3 Limitation de la pression partielle danr le tunnel 8 1

IX CONFINEMENT ., ..........., .,., ...,..,.. ..,.....,..., ............................................................ 8 3

IX . 1 DÉMARCHE D'ÉVALUATION ................................................................................................................... 8 3 IX.2 CONTAMINANTS D'ORIGINE PHYSIOLOGIQUE ......................................................................................... 8 4

LX 2.1 1 'oxyg2ne ........................................................................................................................................ 8 5 LX 2.2 Production de dioxyde de carbone ................................................................................................ 8 6 LY . 2.3 Production d'eau ........................................................................................................................... 8 6

IX.3 SEUIL ACCEPTABLE EN POLLUANTS ......................................................................................................... 87 LX 3.1 R61e du CO2 dans 1 'organisme ...................................................................................................... 8 7 LX 3.2 Normes et recommunààtions en CO2 ............................................................................................. 8 7 LX 3.3 Seuils physiologiques ..................................................................................................................... 8 8 LX 3.4 Autres contaminrmts ...................................................................................................................... 8 8

IX.4 SCÉNARIOS DE CONFINEMENT DANS L'HABITACLE .................................................................................. 89 LX 4.1 Mécanisme d'&change physiologique en 0r/C02 ............................................................................ 89 LX 4.2 Equilibre acide-base ...................................................................................................................... 8 9 LX 4.3 Modèle d'échange pysiologique O m 2 ....................................................................................... 9 0 LX 4.4 Application munérique ................................................................................................................... 9 5 LX 4.5 Résultats. analyse de sensibilité ..................................................................................................... 9 6 LX 4.6 Résultats. scénarios de panne ....................................................................................................... 101

IX.5 h4PACT SUR LE PROJET ....................................................................................................................... 105 LX 5.1 Gestion des polluants .................................................................................................................... 105 LX 5.2 Dilution ........................................................................................................................................ 1 0 5 LX 5.3 Sorption ......................................................................................................................................... 106 LX 5.4 Filtrahahon ....................................................................................................................................... 108 LX 5.5 Conclusions. gestion des polluants ............................................................................................... 108

x CHAMPS MAGNÉTIQUES ET ÉLECTRIQUES DE TRÈS BASSE FRÉQUENCE ...................... 109

X . 1 DÉMARcHE D'ÉVALUATION ................................................................................................................... 109 ................................................................................................................................ X.2 CARACTÉRISATION 110

X2.1 S'ctredesELF ............................................................................................................................ 110 X 2.2 Niveata d 'evsi t ion ..................................................................................................................... 111

X . 3 EFFETS DES ELF ................................................................................................................................ 1 1 2 X 3.1 Interactions avec le corps humain ................................................................................................ 112 X 3.2 Effets biologiques .......................................................................................................................... 114 X 3.3 E&s physiologiques .................................................................................................................... 115 X 3.4 Expérimentation animale ............................................................................................................. 1 1 5 X 3.5 Etudes épidémiologiques .............................................................................................................. 115 X 3.6 Pacemakers ................................................................................................................................ 116

X . 4 NORMES D'EXPOSITION ..................................................................................................................... 1 1 7 X 4.1 Limite de courant induit ................................................................................................................ 117

........................................................................................................ X 4.2 Limites d'intensité de champ 118 X . 5 NIVEAU D'EXPOSITION DANS LE SWISSMETRO ...................................................................................... 121

X 5.1 MAGLEVAllemand ...................................................................................................................... 121 X5.2 MAGLEVJaponois .................................................................................................................. 122

X.6 GESTION DES ELF ............................................................................................................................... 123 X . 7 WACT POUR LE PROJET ................................................................................................................... 1 2 3

X 7.1 Contraintes liées aux champs magnétiques ................................................................................. 123 X 7.2 Limites d'exposition pertinentes ................................................................................................... 123 X 7.3 Perspectiws .................................................................................................................................. 125

.................... XI . CONDWIONS D'INCENDIE ., ....,,..,..... .... .. ........ ........... ............................. , 1 2 7

X I . 1.1 Démarche d'évaluation ................................................................................................................. 127 XI.2 SOURCES D'IGNITION ........................................................................................................................ 1 2 8 m . 3 MATI~RIAUX COMBUSWLES .................................................................................................................. 129

X1.3.1 Swissmetro .................................................................................................................................. 129 X1.3.2 Autres véhicules & transport public ............................................................................................. 132

XI .4 COMBURANT ........................................................................................................................................ 135 ............................................................................... X1.4.1 Limites d'inflammabilité en milieu hypobare 135

X1.4.2 Vitesse de combustion ................................................................................................................. 1 3 8 X . 5 ~MPACT .................................................................................................................................................. 139 X7.5.1 Conditions incendie dans le Swissmetro ....................................................................................... 139 X1.5.2 Gestion du feu ............................................................................................................................. 141

5.3 Conclusions. conditions incendie ................................................................................................. 142

PARTIE C Analyse de risque par reseaux de petri colores

XiI . CONTEXTE MTHOMILOGIQ UE............-........... .............................. . . . . . 1 4 4

.................................................................................................. XII . 1 . CARACTÉRISTIQUES DE SBCUR~TÉ 1 4 4 MI 1 . 1 Complexité ................................................................................................................................ 144

................................................................................................................................ M . 1.2. Innovations 145 MI. 1.3. Phase d'étude ............................................................................................................................ 147

.................................................................................... M l 1.4. Implications pour le projet Skissmetro 148 .......................................................................................... x 1 . 2 . ~MÉ'I~~oDOLOGIE EN ANALYSE DE RISQUE 1 4 9

.................................................................................................................................... MI 2.1. Objecrifs 149 X11.2.2. Démarche d'analyse de risque .................................................................................................. 149

.... ............... XIII . DÉMARCHES CLASSIQUES D'ANALYSE ..,..., , ...,.. 151

XIII.1. HAZOP ............................................................................................................................................. 151 MIi.l.l. Principe .................................................................................................................................... 151

........................................................................................................... XIIL 1.2. Analogie mec 1 'A MDE 1 5 2 .......................................................................................................... XIn.2. APPLICATION AU SWSSMETRO 153

................................................................................................................................ MIL 2.1. Description 153 MI . 2.2. Résultats .................................................................................................................................... 155

................................................................................................. I L 2.3. Conclusions. méthode HAZOP 157 XIII.3. DÉCOMPOSITION STEP ...................................................................................................................... 158

MI 1. 3.1. Principe .................................................................................................................................... 158 ............................................................................................................................... XII1 3.2. Application 1 5 9

MI I. 3.3. Rdsultats .................................................................................................................................. 1 6 1 MI1 3.4. Conclusions de la démarche STEP .......................................................................................... 1 6 2

..... ........................... . XIV . &SEAUX DE PETRI .,., .......................... " . . . . . .. ...... 1 6 3

.................................................................................................... XIV . 1 . PROPRIÉTÉS ET FONCTIONNAL~~ÉS 163 XN . 1.1. Places. transitions et marquages .............................................................................................. 163 . . XN . 1.2. Franchissement des trans~tlons ................................................................................................ 1 6 4 XTV. 1.3. Franchissement en série et en parall2le .................................................................................. 165 m.1.4 . Conflit ....................................................................................................................................... 167

. .......................................................................................... MV 1.5. Simulation et graphe & marquage 168 XN . 1.6. Réseaux particuliers ................................................................................................................ 1 6 9

.......................................................... m . 2 . hmkl?~ DES &SEAUX DE PEnu WUR L'ANALYSE DE RISQUE 171 m . 3 . UTILISATION DANS LE DOMAINE DE LA SÉ(XJRlT& ............................................................................. 171

.................................................................. XIV.4. UTILISATION DANS LE CADRE DE L'ÉTUDE SWSSMETRO 173

xv . MODELE DE SCÉNARIOS D'ACCIDENT ............................................ ,., ...... .. .......... 1 7 5

XV.1. PRnIcrp~ ............................................................................................................................................ 175 XY . 1.1. Hypothèses et limites ................................................................................................................. 176

XV.2. REP&SENTATION DES kÉhams DE BASE ...................................................................................... 177 .................................................................................................................. XY.2.1. Couleurs du modèle 177

XY . 2.2. Représentation des acteurs & l'accident ................................................................................. 177 W . 2.3. Reprbsentation des dvénements ................................................................................................. 177 XV. 2.4. Evénements. actions et siM'ons ............................................................................................. 178 XV. 2.5. Représentation du contexte & l'accident ................................................................................. 179

XV.3. STRUC~VRE ET LIENS ..................................................................................................................... 1 8 1 XV.3.1. Sfrucrureduréseau .................................................................................................................. 181

3.2. Relations & causalité ............................................................................................................... 181 XV.4. GESl'ION DU TEMPS ............................................................................................................................ 185

XV 4.1. Simulation directe du temps ...................................................................................................... 185 W . 4.2. Simulation indirecte du temps .................................................................................................. 1 8 8

m . 5 . GRAPHE DE MARQUAGE .................................................................................................................... 191 XK 5.1. N d de blocage ..................................................................................................................... 191 m 5 . 2 . Exploitation du graphe de marquage ....................................................................................... 191

XVI.1. PRINCIPE ........................................................................................................................................... 195 ................................................................................................................. W I. 1.1. Hvpothèses et limites 196

........................................................................................ XVI.2. REPR~SENTATION DES ÉLÉMENTS DE BASE 197 .................................................................................................................. XM.2.1. Couleurs du moàèle 197

XY1.2.2. Opérations ................................................................................................................................. 197 ............................................................................................................................ XVI.3. GESTION DU TEMPS 198

.......................................................................................................... XM.3.1. Description &s fonctions 199 ...................................................................................................... XM.3.2. Sollicitation d'une fonction 200

..................................................................................................................... m . 4 . STRUCTURE DU &SEAU 200 .......................................................................................................................... . XVI 4.1. Quantij2cation 203

................................................................................................. XVI.5. EXTENSIONS POSSIBLES DU MODÈLE 207 ............................................................................................... XY1 . 5.1. Interdépendances des fonctions 207

.......................................................................... XY1.5.2. Incertihrde sur la probabilité des événements 208 .................................................................................... XV 1. 5.3. Interprétation du graphe & marquage 2 0 9

........................................................................................................................... XV1.5.4. Combinatoire 2 1 0

XVII . APPLICATION 1 - G~NÉRATION DE SCÉNARIOS D'ACCIDENTS EN TUNNEL ............ 213

.............................................................................................................................. XVII . 1 . DESCRIPTION 2 1 3 .................................................................................................................................. XY1I.l.I. Démarche 213

.......................................................................................... XY71.1.2. Domaine et limites & l'application 214 .............................................................................. W I I. 1.3. Acteurs et éléments & sécurité considérés 215

.......................................................................................................... W . I. 1.4. Relations de cause à effet 216 XVII.2. RÉSULTATS .................................................................................................................................... 220

.............................................................................................................. XYI 1. 2.1. Simulations effectuées 220 .................................................................................................. WII.2.2. Taille du graphe & marquage 221

...................................................................................................................... XMI.2.3. Situations finales 2 2 2 .......................................................................................................... . XMI 2.4. Evaluation de la gravitk 2 2 3

.......................................................................................................................... XMI.2.5. EE$et du temps 2 2 4 .............................................................................. XVII.2.6. Disiribution &s événements dans le temps 225 . . .............................................................................................. XVII.2.7. Impact &s elements & sécurité 2 2 8

................................................................................................... XVI I. 2.8. Impact de la situation initiale 229 XVII.3. CONCLUSI~N. MOD- DE SCÉNARIOS D'ACCIDENTS .................................................................... 2 3 0

...... ....... XWI . APPLICATION 2 - RECHERCHE DES SITUATIONS DE D~FAILLANCE , ...- ..... 233 ................................................................................................................................. XVIII.1. DESCRIPTION 2 3 3

............................................................................................................................. XVII I. 1.1. Démarche 233 XVII I. 1.2. Domaine et limites d'application ........................................................................................ 234

........................................................................................................................... XVII I. 1.3. Opérations 2 3 4 .......................................................................................................... W I I I. 1.4. Fonctions considérées 235

.................................................................................................................................... XVIII.2. R~SULTATS 2 3 7 .......................................................................................................... W I I I 2.1. Simulations effectuées 237

....................................................................................................... XVII I. 2.2. Evaluation & la gravité 2 3 8 ............................................................................................. XVII I. 2.3. Station avec docb et barillet 2 3 8

.................................................................................................. XMI 1. 2.4. Comparaison des variantes 2 3 9 XVIII.3. CONCLUSIONS. MOD~LE DES SITUATIONS DE PANNE ..................................................................... 2 4 1

............................................................................................................................. XVIII.3.1. Démarche 241 ........................................................................................................ XVII I. 3.2. Exemples d'application 2 4 2

XE. CONCLUSIONS, ANALYSE DE RISQUE PAR &SEAUX DE PETRI ..... .......................... ..... 243

................................................................................................. XLX 1.1. Dificultés propres au logiciel 243 ......................................................................................... XLX 1.2. Optimisation &s modèles existants 2 4 3

...................................................................................................... rn . 1.3. Outil d'application optimal 243 ............................................................................................................................. . MX 1.4. Perspectives 2 4 3

........ ................ X X CONCLUSIONS GÉNÉRALES ............................................... . . .. - ........... 2 4 5

PARTIES A ET B ................................................................................................................................................. 255 PARTIE C ........................................................................................................................................................... 256

XXIV . BIBLIOGRAPHIE., ....... ................. 257