Sécurité Cryogénique TSO TE-CRG-CI

SOMMAIRE Cryogénie au CERN? Événements cryogéniques dangereux Dangers physiologiques Dangers physiques Evènements accidentels Démonstrations pratiques

Sécurité Cryogénique – Pompiers de Genève LA CRYOGÉNIE AU CERN

La cryogénie au CERN Principaux utilisateurs : détecteurs pour la physique Bobines supraconductrices des détecteurs LHC (ATLAS et CMS) Utilisation de différents types de fluides cryogéniques (hélium, azote et argon)

La cryogénie au CERN Aimants supraconducteurs de l’accélérateur LHC Principaux utilisateurs : accélérateurs Aimants supraconducteurs de l’accélérateur LHC Utilisation d’hélium à différentes températures d’exploitation (écrans thermiques, écrans de faisceaux, distribution, aimants, etc.)

La cryogénie au CERN Centrales/unités de réfrigération et liquéfacteurs Centrales de réfrigération (stations de compression chaude et boîtes froides – p. ex : LHC, ATLAS, CMS)   Unités de réfrigération (p. ex. : unités de compression froide du LHC)   Liquéfacteurs (p. ex. : Cryolab, SM18)  

La cryogénie au CERN Stockage et distribution GHe LN2 Récipients de stockage : gaz comprimé à température ambiante ou cryogénique Réseaux de lignes de distribution (à température ambiante ou cryogéniques) LHe

Overview of cryogenics at CERN AD hall, Cryolab AD complex experiments e.g. AEgIS cryostat Cryolab - L’azote - Hélium liquide - Hélium superfluide

ÉVÉNEMENTS CRYOGÉNIQUES DANGEREUX Sécurité Cryogénique – Pompiers de Genève ÉVÉNEMENTS CRYOGÉNIQUES DANGEREUX

Événements cryogéniques dangereux PROPRIÉTÉS THERMOPHYSIQUES Fluide He N2 Ar H2 O2 Kr Ne Air Eau Température d’ébullition (Téb) – 1.013 bar (K) 4.2 77.3 87.3 20.3 90.2 119.8 27.1 78.8 373 Chaleur latente (évaporation à Téb) – kJ/kg 21 199.1 163.2 448 213.1 107.7 87.2 205.2 2260 Rapport volume de gaz (273 K) /liquide 709 652 795 798 808 653 1356 685 ----- Densité liquide (à Téb) – kg/m3 125 804 1400 71 1140 2413 1204 874 960 1 l de fluide cryogénique donne environ 700 l (0,7 m3) de gaz lorsqu’il est réchauffé à température ambiante (à pression constante)

Événements cryogéniques dangereux FLUIDES CRYOGÉNIQUES - CLASSIFICATION H2 Hydrogène O2 Oxygène N2 Azote

Événements cryogéniques dangereux FLUIDES CRYOGÉNIQUES - CLASSIFICATION Colour codes of gas bottles Do not mix gases ! => blocking cryostat/Dewar necks etc.

Événements cryogéniques dangereux FLUIDES CRYOGÉNIQUES – SIGNAUX D’AVERTISSEMENT Vue - Liquides ou gazeux les fluides cryogéniques n’ont ni odeur ni couleur Les températures de surface ne sont pas évidentes Les sens ne permettent pas d‘avertir Ouïe - Odorat - SOUVENT, signes secondaires UNIQUEMENT : Glace, condensation d‘eau ou d‘air (!)  indique des surfaces froides Brouillard  peut indiquer une fuite de liquide ou de gaz cryogénique

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Événements cryogéniques dangereux DANGERS PHYSIOLOGIQUES – BRÛLURES DE CONTACT / GELURES Brûlures de contact: exposition de la peau à de basses températures Similaires aux brûlures chaudes / peuvent geler, déchirer ou arracher la peau localement Gelure: gel de la peau ou de parties du corps du fait de l’exposition à de basses températures Peut entraîner des lésions et une décoloration permanentes Une exposition prolongée à des vapeurs ou gaz froids peut entraîner des lésions aux poumons et aux yeux (muqueuses) Durée d’exposition dangereuse: de l’ordre de quelques secondes et non de minutes! De par leur nature peu visqueuse et leur tension superficielle, les fluides cryogéniques pénètrent les vêtements et autres matériaux poreux plus rapidement que l’eau Demonstration: Leidenfrost effect fingers, cold surfaces, gummy bears

Événements cryogéniques dangereux BRULURES / GELURES – MESURES DE PRÉVENTION ET DE PROTECTION Usage cryogénique ! Équipement de protection individuelle (EPI) Gants cryogéniques, Écran visage, Lunettes, Chaussures serrées (pantalon par-dessus les chaussures). Les équipements doivent être propres sans huiles et graisse. Les vêtements ne doivent pas être serrés Réduire le plus possible l’exposition  travail à distance dans la mesure du possible En cas d’accident: Les vêtements gelés doivent être enlevés très lentement et avec précaution Ne pas masser les zones affectées Ne pas appliquer de la glace Ne pas appliquer des huiles Contacter les pompiers pour transporter les victimes au plus vite au service médical/hôpital Demonstration: Rinsing LN2 through hat plus Gysir

Événements cryogéniques dangereux ASPHYXIE– MESURES DE PRÉVENTION ET DE PROTECTION Surveillance du risque du manque d’oxygène (détecteurs ODH – fixes ou portables) Utilisation d’un masque auto-sauveteur ou des bouteilles d’oxygène (EPI en cas d’exposition prolongée à un manque d’oxygène – e.g., tunnel du LHC) Suivre les panneaux d’évacuation/de sortie Tenir compte du mouvement du nuage de gaz froid En cas d’accident: Déplacer les victimes au plus vite (dans la mesure du possible) vers une atmosphère normale (21% O2) Si les victimes ne respirent pas faire de la respiration artificielle Apporter des masques à d’oxygène aux victimes Contacter les pompiers pour transporter les victimes au plus vite au service médical/hôpital

Événements cryogéniques dangereux FLUIDES CRYOGÉNIQUES - DÉCHARGE Endroit plus sûr au sol L’hélium s’évapore sous la forme de nuages qui montent et se mélangent rapidement avec l’air A la température ambiante l’hélium s’accumule au plafond

Événements cryogéniques dangereux FLUIDES CRYOGÉNIQUES – DÉCHARGE Les décharges d’argon et d’azote s’accumulent au sol et forment des nuages en s’évaporant À température ambiante, l’azote se mélange avec l’air et l’argon s’accumule au sol Nitrogen Endroit plus sûr en haut Argon Demonstration: Balloon de l’air et helium

Événements cryogéniques dangereux DANGERS PHYSIOLOGIQUES - ASPHYXIE Asphyxie graduelle La réaction du corps humain en fonction du niveau d’oxygène Niveau normal d’oxygene 18% 17% 16% 15% , Increased breathing volume Niveau d’alarme sonore manque oxygène Vision de nuit réduite, fréquence de respiration et pulsation du cœur augmentent Vertiges, le temps de réaction est doublé Mauvais jugement, manque de coordination, perte de contrôle musculaire Jugement très défectueux, coordination musculaire très pauvre Perte de conscience Nausées, Vomissements, Coma Dommages permanents du cerveau Respiration spasmodique, mouvements convulsifs, mort en 5-8 minutes 12-10% 10-8% < 8% < 5%

Sécurité Cryogénique – Pompiers de Genève dangers cryogéniques risques physiologiques et le scénario de l'accident

Événements cryogéniques dangereux DANGERS PHYSIQUES – MONTÉE EN PRESSION L'accumulation de pression - La pression peut être libérée lorsque les charges thermiques sont au-delà du fonctionnement normal - Feu - La perte de vide d'isolation - Aimant SC transition résistive (Quench) Evacuation bloquée, sortie fermée mécaniquement ou formation de glace Utiliser les dispositifs de récupération pour un fonctionnement normal, et installer des organes de sécurité obligatoire pour protéger de la surpression le volume de fluide et l’enceinte à vide Demonstration: Table tennis ball, film box, damaged Dewar

Événements cryogéniques dangereux DANGERS PHYSIQUES - FRAGILISATION Fragilisation Certains matériaux deviennent fragiles à basse température et subissent une rupture fragile lorsqu‘ils sont soumis à des charges. Protection mécanique entourant les équipements / structures de déversement des liquides cryogéniques / décharge Les contraintes thermiques Matériaux subissent des contractions thermiques lorsqu'ils sont soumis aux basses températures => rupture Acier inoxydable: 3 mm/m, en aluminium: 4 mm/m, Polymères: 10 mm/m L=27 km dL=81 m

Événements cryogéniques dangereux DANGERS PHYSIQUES – Feu, Condensation Combustion/Feu L'utilisation de liquides cryogéniques inflammables (LH2) Oxygène liquide peut provoquer une combustion spontanée. Adhère aux articles d'habillement / tissu et présente un risque d'incendie aiguë La condensation des gaz atmosphériques Isolation inappropriée, ou un déversement / rejet de fluides cryogéniques, peuvent conduire à un enrichissement en oxygène Principalement observé sur des lignes de transfert et pendant les opérations de remplissage du récipient air liquide  50% O2 au lieu de 21% dans l'air atmosphérique

Événements cryogéniques dangereux DANGERS PHYSIQUES - CONDENSATION DE GAZ ATMOSPHÉRIQUES Demonstration: Oxygen enrichment at cone

Événements accidentels Risques - Augmentation de la pression - Explosion - Décharge de fluide cryogénique (organes de sécurité) En cas de Dewar bloqué - Evacuer la zone - Informer les pompiers du CERN - Informer le liquéfacteur central au Bat. 165, Tel. 160041

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