Comment fonctionne la pressurisation en industrie ?

La pressurisation est une technologie clé pour de nombreuses industries, ayant un rôle essentiel dans la protection des équipements, des travailleurs et des environnements de production. En effet, un système de pressurisation protège contre le risque d’explosion, tant pour les risques liés aux gaz que pour les risques liés aux poussières. Il garantit les voies d’évacuation, évitant l’entrée de fumées au moyen d’une surpression d’air. 

Les secteurs de l’aéronautique, de l’agroalimentaire ou encore du pharmaceutique sont adeptes de ce phénomène. À travers cet article, découvrons comment fonctionne la pressurisation en industrie. 

Qu’est-ce que la pressurisation ? 

La pressurisation est le maintien d’une pression spécifique dans un espace clos, déterminant des variations extérieures. Ce concept voit le jour à partir du 19e siècle avec l’éclosion de l’industrie de la vapeur et des premières machines à pression. Une pression contrôlée dans les processus industriels permet de maîtriser la température, la résistance des matériaux ou encore la circulation des fluides. 

La pressurisation existe afin d’optimiser les processus de production et de répondre à des besoins spécifiques tels que la sécurité et la qualité des produits, la protection contre la contamination ou l’optimisation de certains processus techniques. Son application s’est fortement développée avec les progrès technologiques. Elle est un élément clé dans de nombreux secteurs industriels, notamment dans celui de l’aéronautique.

La pressurisation est souvent liée à d’autres concepts de gestion de la pression d’air dans un espace comme la surpression ou la dépressurisation. Cependant, ces phénomènes sont légèrement différents. 

La surpression désigne une pression à l’intérieur d’un espace qui est plus élevée qu’à l’extérieur. La pressurisation fait référence au processus d’augmentation de la pression d’un espace dans le but de maintenir une pression supérieure à celle de l’extérieur. Enfin, contrairement à la pressurisation, la dépressurisation désigne la réduction de la pression à l’intérieur d’un espace. 

Pourquoi la pressurisation est-elle essentielle en industrie ?

La pressurisation est essentielle en industrie pour plusieurs raisons : 

• La sécurité des opérateurs et des installations : dans certains secteurs industriels (chimie, pétrole, gaz), la pressurisation permet d’éviter que des substances dangereuses n’entrent en contact avec une atmosphère susceptible de provoquer des explosions ou des incendies. Par exemple, dans les réservoirs ou les pipelines, le maintien d’une pression interne prévient la stagnation, les fuites de gaz ou de produits chimiques volatiles. La mesure de la pression assure un environnement de travail stable et sécurisé.

Découvrir notre article sur l’importance de la formation en sécurité au travail

• Le confort des employés : dans les environnements industriels (notamment dans les installations souterraines ou les mines), les périodes de travail sont longues. La pressurisation maintient des conditions de travail optimales en régulant la température et l’humidité pour préserver la santé des travailleurs.

• Le contrôle des contaminants : dans les environnements sensibles comme les laboratoires pharmaceutiques, les salles blanches ou les usines de produits alimentaires, la pressurisation permet de contrôler les flux d’air. Cela permet d’éviter l’entrée de particules, de bactéries ou de gaz indésirables et d’assurer un environnement stérile. 

• La protection des équipements : la pressurisation protège les équipements sensibles contre les infiltrations et la corrosion (turbines, moteurs, réacteurs…) et évite les dommages liés aux variations de pression. Elle est également utilisée pour minimiser l’impact des changements brusques de température sur les machines afin de maintenir une performance constante.

Comment fonctionne un système de pressurisation industrielle ?

Un système de pressurisation industrielle sert à maintenir un niveau de pression contrôlé dans un environnement particulier, comme une salle blanche ou un espace industriel pressurisé. Il fonctionne en ajoutant ou en retirant un fluide (gaz ou liquide). 

Voici ses éléments clés : 

• une source de fluide sous pression (compresseur d’air, pompe, bouteille de gaz),
• un capteur de pression et un régulateur pour mesurer en continu (manomètre, capteur électrique),
• un système de ventilation et de filtration (HEPA, ULPA) pour protéger les procédés de fabrication sensibles, prévenir la contamination microbiologique et éliminer les contaminants infectieux aéroportés,
• des soupapes de décharge et des vannes de régulation : dispositifs de sécurité empêchant la pression de dépasser la pression d’utilisation maximale autorisée et régulant le débit d’un fluide,
• des soupapes de compensation d’air pour éviter les variations brutales.

Comment fonctionne une soupape de sécurité ?

Comment régler une soupape différentielle​ ?

Exemple du fonctionnement d’un système de pressurisation dans une salle blanche : 

Une salle blanche est une pièce isolée de l’environnement extérieur où la concentration de particules est maîtrisée afin de rester très faible. L’humidité, la pression de l’air ou encore la température sont contrôlées de manière ciblée. Ainsi, des études de recherche ou des techniques de fabrication se déroulent dans des conditions d’hygiène très strictes.

Voici les principales étapes de ce fonctionnement : 

1. Détermination du niveau de propreté requis, sélection du type de pressurisation (positive : empêche l’entrée de contaminants, négative : confine des substances dangereuses) et calcul des flux d’air nécessaires en fonction du volume de la salle et du taux de renouvellement d’air. 
2. Filtration de l’air entrant : l’air extérieur est traité par des pré-filtres, puis par des filtres HEPA ou ULPA pour garantir un air exempt d’impuretés. 
3. Conditionnement de l’air : l’air est chauffé, humidifié ou refroidi selon les exigences de la salle. Des systèmes de traitement d’air CVC assurent un contrôle précis de la température et de l’humidité. 
4. Renouvellement d’air pour éviter la stagnation et réduire la concentration de particules. 
5. Régulation de la pression : la salle blanche est maintenue à une pression légèrement supérieure ou inférieure à celle des autres pièces à l’aide de capteurs et de vannes de régulation. 
6. Évacuation et recyclage de l’air : l’air pollué est évacué par des grilles placées en partie basse ou latérale de la salle. Il est rejeté à l’extérieur après filtration ou recyclé après un passage dans les filtres HEPA. 
7. Surveillance et maintenance : des capteurs surveillent la pression différentielle, la température, l’humidité et la qualité de l’air. Une maintenance régulière est effectuée pour remplacer les filtres et vérifier l’étanchéité des installations. 

La pressurisation dans le milieu industriel

En vérifiant et en contrôlant régulièrement les niveaux de pression avec des outils précis sur les équipements et les machines, les risques d’explosion ou de fuites de liquides peuvent être minimisés.

Le capteur de pression permet de contrôler le niveau de remplissage d’une cuve, le débit de fluides ou une mesure d’interface. Il prévient les refoulements et les débordements et évite une contamination ou une fuite de produits dangereux pour l’environnement. Surveiller la pression empêche donc un rejet dans un espace défini, une blessure, un risque sanitaire ou une exposition du personnel.

L’utilisation de la pressurisation se retrouve dans de nombreux secteurs industriels : 

• Le secteur aéronautique : la pressurisation d’une cabine d’avion permet le vol à haute altitude en évitant les risques physiologiques liés à la baisse de la pression atmosphérique, aux variations de pression en montée ou en descente ainsi qu’à la diminution du taux d’oxygène. Ce phénomène permet de créer un environnement sûr et confortable pour les passagers et l’équipage. 

• L’industrie pharmaceutique et biomédicale : ce type d’industrie impose des normes strictes en matière de surveillance des process de production critiques, notamment en ce qui concerne la surveillance continue de l’environnement de travail. En effet, de nombreux médicaments et vaccins doivent être fabriqués dans un espace très propre, voire stérile. Les salles blanches sont pressurisées pour empêcher toute contamination.

• L’industrie agroalimentaire : dans une usine agroalimentaire, l’ensemble de la chaîne de production est pressurisé avec une pression légèrement supérieure à celle de l’extérieur afin que les denrées soient protégées contre les contaminants extérieurs. On retrouve dans l’agroalimentaire d’autres applications de la pressurisation pour les emballages de gâteaux ou d’autres denrées susceptibles d’être écrasées.

• Le secteur de la microélectronique : ce secteur s’occupe de la production de composants et de produits électroniques destinés à l’usage domestique ou à d’autres secteurs de type industriels et commerciaux. Il requiert des salles blanches avec une pressurisation spécifique pour ses exigences de manipulation d’éléments de petite taille, qui seraient altérés par de nombreuses particules présentes dans l’air. L’environnement de production est donc ultra-contrôlé pour éviter toute pollution des circuits électroniques sensibles.

• L’industrie chimique et pétrochimique : de nombreux risques industriels existent dans ce secteur, tant sur le plan environnemental que sur celui de la santé humaine. Voici quelques exemples de risques : pollution de l’air et de l’eau, incendies et explosions, émissions de gaz à effet de serre, risques pour la santé des travailleurs (exposition à des substances chimiques). Les pressions sont contrôlées dans les unités de production pour éviter les accidents et protéger les travailleurs des gaz toxiques ou inflammables.

• Le secteur nucléaire : grâce à la pressurisation, l’atmosphère est contrôlée et la dispersion de substances dangereuses est évitée. En effet, un accident nucléaire peut mener à une dispersion atmosphérique ou à un rejet liquide de produits radioactifs dans l’environnement à la suite d’une défaillance technique, d’une explosion ou d’un incendie de grande ampleur, causant la défaillance des barrières de confinement.

Les défis et innovations en pressurisation industrielle

La pressurisation industrielle est une technologie faisant face à de nombreux défis et innovations : 

Les défis : 

1. Consommation énergétique : la compression des gaz et des liquides est énergivore et implique des coûts élevés. Il est donc essentiel de réduire la consommation énergétique des systèmes de pressurisation.
2. Impact environnemental : développement de solutions écologiques et recyclables (réduction des émissions de gaz sous pression).
3. Conformité réglementaire : intégration de normes environnementales strictes (PED en Europe, ISO).
4. Sécurité et contrôle : les installations sous pression présentent des risques d’explosion, de fuites et d’accidents industriels. Le défi est de réguler finement la pression pour éviter les variations brutales.
5. Matériaux et résistance des équipements : l’usure et la corrosion sont des défis majeurs, notamment dans l’industrie chimique. Il convient donc de développer des matériaux résistants à des pressions et à des températures extrêmes, tout en étant légers.

Les innovations :

1. Systèmes intelligents : les pannes et les accidents peuvent être anticipés grâce au développement d’algorithmes. De plus, l’utilisation de capteurs IoT permet une optimisation en temps réel (éléments matériels qui détectent les changements dans un environnement et collectent des données).
2. Matériaux et équipements plus performants : utilisation d’alliages avancés et de composites résistants à la corrosion et aux fortes pressions. Des traitements de surface sont réalisés pour améliorer la durée de vie des équipements et leur offrir une meilleure étanchéité.
3. Pressurisation verte : développement de systèmes à énergie solaire ou éolienne pour les applications sous pression.
4. Pressurisation plus efficace : systèmes de récupération d’énergie et de stockage sous pression optimisés. Amélioration des filtres et des méthodes de traitement de l’air.

Retrouvez notre article sur les nouvelles technologies pour sécuriser les industries

La pressurisation industrielle joue un rôle crucial dans la protection des produits, des travailleurs et des équipements en garantissant un environnement contrôlé et sécurisé. Elle participe à la préservation de la qualité des produits, au maintien de l’intégrité des processus, à la sécurisation du transport et du stockage. Elle prévient les risques d’explosion et de dépressurisation, elle élimine les contaminants et agit quant à la sécurité des opérateurs. Enfin, elle permet de prolonger la durée de vie des équipements, de réduire les coûts de maintenance et de sécuriser les circuits et les systèmes. 

L’avenir de la gestion des pressions s’oriente vers plus d’intelligence, de performance et de durabilité. Les matériaux innovants, l’automatisation et l’optimisation énergétique jouent un rôle clé dans la transformation des industries utilisant la pressurisation.