UN ALLIÉ DE LA SÉCURITÉ - Retour d'expérience sur ... ?· portait sur toutes les défaillances d’automatisme…

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  • MINISTRE DE LCOLOGIE, DU DEVELOPPEMENT DURABLE ET DE LNERGIE

    ACCIDENTOLOGIE DES AUTOMATISMES INDUSTRIELSPARTIE 1/3

    LE CAPTEUR

    UN ALLI DE LA SCURIT ?

  • SOMMAIRE1 LES CAPTEURS EN MILIEU INDUSTRIEL p. 3

    1.1 Mthodologie de ltude p. 4

    1.2 Donnes globales p. 5

    1.3 Accidentologie dtaille

    1.3.1 Par secteurs dactivit p. 6 1.3.2 Par familles de capteurs p. 9 1.3.3 Par types daccidents p. 10 1.3.4 Par consquences des accidents p. 14 1.3.5 Par circonstances des accidents p. 16

    2 QUELQUES QUESTIONS A SE POSER... p. 18

    2.1 Le capteur est-t-il adapt la fonction recherche ? p. 18

    2.2 Le capteur va-t-il fonctionner comme prvu ? p. 21

    2.3 Le capteur donne-t-il une information juste ? p. 23

    3 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS p. 25

    Glossaire p.28

    Bibliographie p. 29

    Illustration de la page de garde: Destruction du dpt ptrolier de BUNCEFIELD (UK) suite la dfaillance successive de 2 capteurs de niveaux (ARIA 31312)

  • 3

    1. LES CAPTEURS EN MILIEU INDUSTRIEL

    Lobservation humaine directe a longtemps t lunique moyen dont disposait lhomme pour dtecter une situation accidentelle ou une dviation dans le fonctionnement dun procd, puis lapparition des capteurs et autres moyens denregistrement a permis loprateur de percevoir la dimension dynamique des phnomnes. Premire tape dun systme automatis, la dtection est aussi lune des plus critiques puisque cest elle qui apporte linformation, base indispensable aux processus dcisionnels humains ou informatiques touchant la scurit des procds et des installations industrielles. Entre 1981 et 2009, daprs la base de donnes fiabiliste OREDA, 42 % des dfaillances des automates de contrle et de scurit dans les installations de 10 groupes ptroliers internationaux sont dues une dfaillance du capteur (contre 8 % pour la fonction traitement et 50 % pour la fonction actionneur, sur un pannel de 987 modles de capteurs, 907 modles de valves et 10 modles dunits logiques de contrle).

    La pere des capteurs en milieu industriel est sensible depuis plusieurs dcennies. Un sondage effectue auprs de 119 sites industriels franais dont les procds sont automatiss (chimie, ptrole et gaz, eau, agroalimentaire) a montr que 42 % dentre eux avaient augment leur parc de capteurs en 2001 contre 0,9 % qui lavaient diminu, soit une augmentation annuelle moyenne de 1,5 % [2]. Ce mme sondage rvle que le parc moyen par site est de plus de 2000 capteurs. La croissance du march des capteurs avait t value 6 % par an en 2008 [6].

    Plusieurs facteurs expliquent la perce de ces quipements en milieu industriel: (r)volutions technologiques (miniaturisation, traitement numrique, bus communiquant, nouveaux matriaux), baisse des cots de fabrication (le prix dun dbimtre magntique a t divis par trois entre 1993 et 2003 [3]), influence de la rglementation en France et en Europe (MMR et MMRi, rduction des risques pour les PPRT, lments importants pour la scurit de la directive Seveso, obligation dautosurveillance des rejets des installations classes IPPC, directive ATEX, directive machines)[9].

    Capteurs de niveau sans fil communiquant en rseau

    ( DR: BANNER ENGINEERING)

    Paradoxalement, si ces volutions technologiques constituent une avance indniable en matire de scurit des procds et des installations (autodiagnostic de dfaillances par exemple), elles posent de nouveaux dfis aux responsables de sites industriels [10] :

    Comment choisir la technologie la plus adapte aux risques des procds et installations ? il existe par exemple 7 technologies diffrentes pour un dbitmtre ou un dtecteur de niveau, chacune avec des sensibilits, temporisations, contraintes dinstallation et de maintenance spcifiques ([3] [4]) ;Comment connatre les interactions entre les composants dune nouvelle technologie de capteur et les fonctions assures par celui-ci ? il sagit en effet de dfinir ses modes de dfaillance et tablir son niveau de fiabilit [5] ;Comment grer une maintenance capteur de plus en plus complexe ? il sagit de dterminer la nature (en interne ou sous-traite) et la profondeur de cette maintenance ;Comment grer lobsolescence dun parc de capteurs htrognes ?

    En termes daccidentologie, cette monte en gamme et en accessibilit des capteurs a probable-ment permis de rduire la frquence des accidents lis au manque de vigilance des acteurs (dborde-ment, erreur de dosage...). A contrario, cette pere de linstrumentation demande plus que jamais le maintien en interne dune expertise pousse en termes de spcification et de maintenance, comme la montr en 2005 laccident du dpot ptrolier de Buncefield illustrant la couverture : les employs chargs de la maintenance connaissaient mal le fonctionnement du niveau de scurit trs haut du bac qui a dbord et lavaient dsactiv sans le savoir lors dun test de routine [13].

    Que de distance parcourue entre le thermomtre mercure lu visuellement par loprateur et la sonde de temprature intelligente capable dauto-correction,dauto-diagnostic,configurabledistanceetcommuniquantpar bus avec lautomate !

  • 4

    1. LES CAPTEURS EN MILIEU INDUSTRIEL

    Ltude sappuie sur lanalyse des accidents franais rpertoris dans la base ARIA dont le niveau dinformation est suffisant pour avoir une bonne comprhension de lvnement (causes, circonstances, consquences). Ces accidents reprsentent un chantillon primaire de 20 329 accidents concernant des installations classes saisis jusquau 31/12/2011 (50 % des accidents de la base). Une recherche avec des mots-clefs lis au capteur (synonymes, drivs), suivie dune analyse du rsum de chaque accident, a permis daffiner cet chantillon en ne retenant que les accidents rpondant aux critres suivants :

    Un ou plusieurs capteurs sont lorigine de laccident ; Un ou plusieurs capteurs ont aggrav laccident (par leur non-fonctionnement ou, plus rarement, par leur fonctionnement) ;Labsence du (des) capteur(s) a provoqu ou aggrav un accident (si cette absence est explicitement cite dans lanalyse de laccident et son installation prvue dans les suites techniques donnes laccident).

    Lchantillon secondaire ainsi obtenu (640 cas) a finalement t restreint 4 secteurs industriels identifis par leur code NAF (345 cas) pour lesquels le degr dautomatisation est considr comme suprieur la moyenne des autres secteurs : industrie chimique et pharmaceutique, industrie agroalimentaire, raffinage et industrie mtallurgique. La base ARIA ne recense pas les accidents et incidents concernant les installations nuclaires (bases ASN/IRSN), ni ceux relatifs aux accidents du travail (base EPICEA). Ces spcificits pourraient sous-reprsenter certains secteurs dactivits pourtant fortement automatiss (centrales nuclaires, secteur de lautomobile et de lemballage), qui nont donc pas t retenus dans cette tude.

    Enfin, la base ARIA tant une base vnementielle et non fiabiliste (telles que les bases OREDA, PERD, IEEE, EXIDA), les donnes collectes et les rsums daccident ne donnent pas toujours dinformations prcises sur la criticit ou la cause technique de la dfaillance du capteur, sa technologie, son niveau dentretien. Il est galement possible quun biais soit introduit entre les secteurs dactivits tudis, car la remonte dinformations sur les accidents peut varier fortement dun secteur un autre en raison du nombre dinstallations en activit, du niveau de relations qui existent entre le BARPI et les reprsentants des diffrents secteurs et du classement ICPE du site accident (les sites classs Seveso faisant lobjet dun suivi renforc par exemple).

    LeFacteurdinfluence(Rinfl)Le facteur dinfluence est un outil statistique qui permet dvaluer linfluence dun lment sur une population statistique donne (la population franaise par exemple): cette population est appele chantillon complet . Un chantillon spcifique est ensuite isol dans cette population en fonction dun critre spcifique (lge, la religion par exemple). Le facteur dinfluence de llment tudi est alors calcul en comparant le % de prsence de llment tudi dans lchantillon spcifique (% Ech_spcif) par rapport son pourcentage de prsence dans lchantillon complet (%Ech_complet), soit:

    Rinfl=%Ech_spcif/(%Ech_complet+%Ech_spcif)Avec :

    Rinfl>0,5 : llment tudi a plus dinfluence sur lchantillon spcifique que sur lchantillon completRinfl=0,5 : llment tudi, qui a la mme influence sur lchantillon spcifique et sur lchantillon complet, est neutre Rinfl

  • 5

    1. LES CAPTEURS EN MILIEU INDUSTRIEL

    Nombre annuel daccidents impliquant des capteurs par secteur dactivit (1992-2011)Figure 1

    Lchantillon secondaire tudi reprsente 3,1 % des accidents Installations classes de la base (chan-tillon primaire). Ce pourcentage est plus lev que celui de la prcdente tude ralise en 1996 et qui portait sur toutes les dfaillances dautomatisme (capteur, traitement, actionneur): ce pourcentage tait de 1 % et recouvrait les 4 premires annes dexistence de la base ARIA [1].

    Cette augmentation de laccidentologie capteur est confirme par la figure 1 qui met en vidence le doublement du nombre annuel moyen daccidents capteur entre la priode 1992-1999 et la priode 2000-2008 pour les 4 secteurs tudis. Dans labsolu, le pourcentage daccidents capteur reste cependant faible par rapport lensemble des accidents de la base, ce qui peut sexpliquer par plusieurs raisons :

    La bonne fiabilit des capteurs, illustre par les chiffres du tableau 1, notamment par rapport au facteur humain et organisationnel, qui intervient dans la majorit des accidents industriels (63 % des accidents recencs dans la base jusquen 2010 [7]) ;

    Lvolution technologique permet aussi la tl / auto-dtection de dfaillance ou de drive, avant la survenue de laccident. Enfin, la plupart des capteurs dits de scurit (prvention ou protection) sont de plus en plus indpendants des automates de conduite ou de technologie diffrente de celle des capteurs de procds: leur dfaillance ne gnrerait donc que rarement un accident ;

    Le pourcentage daccidents causs par une dfaillance critique de capteur est en ralit plus faible que 3,1 % : sur les 345 accidents impliquant des capteurs dans les 4 secteurs tudis, 43 % des accidents (soit 150 cas) auraient pu tre vits ou voir leur gravit rduite par la prsence dun capteur appropri. Labsence du capteur appropri peut tre aussi accidentogne que la dfaillance !

    Pannes ou Incidents (pourcentage des sites sonds)

    Lors de linstallation des capteurs En exploitation

    Exceptionnels 32 % 15 %Assez rares 64 % 80 %

    Frquents ou assez frquents 4 % 5 %

    1.2Donnesglobales

    Tableau 1 : Frquence des pannes et incidents capteurs sur 192 sites industriels franais en 2001 [2]

  • 6

    1. LES CAPTEURS EN MILIEU INDUSTRIEL

    Des quatre secteurs tudis, la Chimie-pharmacie est le secteur le plus reprsent dans laccidentologie capteur, comme dans laccidentologie gnrale saisie dans la base Aria, en raison du nombre important de sites en activit et de la diversit de leurs procds (tableau 2). Dans ce secteur, lusage de capteurs est incontournable car les procds sont souvent complexes, mettent en uvre des matires ou ractions dangereuses, et des paramtres ractionnels sont parfois mal connus ou susceptibles de varier au cours du temps (exemple page 8).

    LAgroalimentaire est au deuxime rang de laccidentologie capteur, alors que son taux dquipement est probablement le plus faible des secteurs tudis, mais ce classement reste cohrent avec sa place dans laccidentologie (tableaux 2 et 3). Le pourcentage daccidents lis labsence de capteur est lgrement suprieur aux autres secteurs (tableau 2 dernire colonne).

    Secteur National Ptrole et gaz Agroalimentaire Traitement de leauNombre moyen de capteurs par site 2009 6097 570 360

    Le Raffinage prsente un nombre daccidents capteur limit dans labsolu, mais dont laccidentologie capteur reste significative par rapport la reprsentation du secteur dans la base ARIA (tableau 2), malgr le faible nombre de site existants sur le territoire national en comparaison dautres secteurs(13 sites grs par 8 exploitants diffrents sur la priode tudie). Ce constat sexplique par le fort taux dquipement en capteurs du secteur (tableaux 3). Le constat pour la Mtallurgie est presque identi-que celui du Raffinage.

    1.3Accidentologiedtaille

    % des accidents capteurs de la base

    % des accidents ICPE de la base1992-2010 [7]

    % dfaillance dans

    les accidents capteur du secteur

    % absence capteur

    adquat dans les accidents capteur du

    secteurChimie -

    Pharmacie34 12 55 45

    Agroalimentaire 8 7,5 51 49Raffinage 5 2 57 43

    Mtallurgie 5 3,5 56 44

    Total ou moyenne des 4 secteurs

    52 25 55 (moyenne) 45 (moyenne)

    1.3.1Parsecteursdactivit Tableau 2 : Part des secteurs industriels tudis dans laccidentologie capteur

    Tableau 3 : Equipement en capteurs de certains secteurs industriels franais [2]

    La Chimie-Pharmacie reprsente le tiers des accidents capteur de la base,les3autressecteurstudismoinsde10%.Pourchaquesecteur,laprsence dun capteur adapt aux riques aurait pu viter presque 1 accident sur2,ourduiresagravit

  • 7

    1. LES CAPTEURS EN MILIEU INDUSTRIEL

    Figure2 Facteur dinfluence des capteurs sur laccidentologie des 4 secteurs tudis

    Le calcul du facteur dinfluence pour les accidents lis au critre Chimie & Pharmacie montre que la dfaillance et labsence de capteurs ont une influence importante dans laccidentologie du secteur (Rinfl = 0,72 - figure 2). En ne considrant que llment dfaillance de capteurs , il subsiste une influence non ngligeable sur laccidentologie (Rinfl = 0,59). Ces rsultats pourraient sexpliquer par le taux dquipement lev pour ce secteur, par la diversit des installations existantes et par des conditions de fonctionnement probablement plus svres que dans les autres secteurs. Ils pourraient aussi rvler certaines difficults bien spcifier et entretenir un parc de capteurs trs diversifi (voir chapitre 2).

    Dans le secteur du Raffinage, le calcul du facteur dinfluence montre que la dfaillance et labsence de capteurs exercent aussi une influence significative sur laccidentologie du secteur (Rinfl = 0,66). Pris seul, llment dfaillance de capteurs exerce par contre une influence peu significative (Rinfl = 0,52). Ces rsultats suggrent une grande homognit du parc des capteurs installs dans les sites de raffinage, les installations tant moins diversifies que dans le secteur de la Chimie. Enfin, une spcification et un entretien rigoureux des capteurs peuvent expliquer le constat de la faible influence des dfaillances sur laccidentologie (voir chapitre 3). Ces rsultats confirment enfin limportance des capteurs pour la scurit des installations et des procds de ce secteur (voir un exemple daccident page 8).

    Pour lAgroalimentaire, ce calcul montre que la dfaillance et labsence de capteurs ont une influence assez faible sur laccidentologie du secteur (Rinfl = 0,52), et plus en raison de labsence dun capteur adquat que des dfaillances (Rinfl = 0,39 pour llment dfaillance seul). Le parc install serait plutt correctement entretenu et adapt aux risques de lactivit, moins que ce parc soit moins diversifi et moins sollicit que dans les secteurs prcdents. Tou...

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