Les environnements ATEX imposent des exigences strictes à chaque composant d’un système. Les capteurs et les joysticks doivent non seulement fournir des données précises, mais aussi éliminer tout risque d’inflammation.
Cet article présente les principes de la sécurité intrinsèque, les principales applications industrielles ainsi que le rôle d’Althen dans la fourniture de solutions certifiées.
Commençons par une brève FAQ couvrant les questions les plus fréquentes liées à l’ATEX.
Questions fréquentes sur l’ATEX et la technologie des capteurs
Que signifie ATEX ?
ATEX signifie ATmosphères EXplosibles et fait référence aux directives européennes concernant les équipements utilisés dans des environnements explosifs.
Quand la certification ATEX est-elle requise ?
Elle est requise dès qu’il existe un risque de présence de gaz, de vapeurs ou de poussières explosibles pendant le fonctionnement.
Quelle est la différence entre ATEX et IECEx ?
ATEX est le système de certification européen, tandis que IECEx est un système international. Les équipements certifiés selon les deux normes peuvent être utilisés à l’échelle mondiale.
Quels capteurs sont adaptés aux zones ATEX ?
Les capteurs intrinsèquement sûrs ou certifiés pour la zone ATEX concernée (0, 1, 2 / 20, 21, 22).
Que signifie « intrinsèquement sûr » ?
Cela signifie que l’énergie électrique dans le dispositif est limitée de manière à ne pas pouvoir enflammer une atmosphère explosive, même en cas de défaut.
Que se passe-t-il si un appareil n’est pas certifié ATEX ?
L’utilisation d’un équipement non certifié dans une zone ATEX peut entraîner des explosions et est interdite par la réglementation européenne.
Pourquoi les environnements ATEX sont-ils si exigeants ?
Les environnements à risque d’explosion sont courants dans des secteurs tels que le pétrole et le gaz, la chimie ou l’exploitation minière.
Dans ces industries, des gaz, vapeurs ou poussières peuvent s’enflammer au contact d’équipements électriques. Pour réduire ce risque, les directives européennes ATEX (ATmosphères EXplosibles) définissent les exigences de conception et de test des équipements afin de garantir leur utilisation en toute sécurité dans ces zones.
Classification des zones ATEX :
- Zone 0 / 20 : atmosphère explosive présente en permanence
- Zone 1 / 21 : atmosphère explosive susceptible de se former en fonctionnement normal
- Zone 2 / 22 : atmosphère explosive présente uniquement en cas de conditions anormales ou de défaillance
Capteurs intrinsèquement sûrs : la sécurité dès la conception
Un capteur intrinsèquement sûr est conçu de manière à ne jamais libérer une énergie électrique ou thermique suffisante pour enflammer une atmosphère explosive, même en cas de défaillances simultanées.
Ce principe de sécurité repose sur la limitation de l’énergie, et non sur l’isolation. Plutôt que d’enfermer l’équipement dans un boîtier antidéflagrant lourd, la sécurité intrinsèque consiste à maîtriser l’énergie directement à la source.
Fonctionnement technique de la sécurité intrinsèque
La sécurité intrinsèque repose sur une conception électronique permettant de fonctionner bien en dessous des seuils d’énergie susceptibles de provoquer une inflammation.
Dans un capteur intrinsèquement sûr, plusieurs mécanismes de protection agissent conjointement :
- Limitation de l’énergie : les valeurs typiques se situent autour de 30 V, 100 mA et 1,3 W, selon le groupe de gaz et la classification de la zone
- Limitation de la tension et du courant : des résistances et des diodes Zener protègent contre les surtensions et les pics transitoires
- Protection contre les courts-circuits : des fusibles ou des résistances limitatrices de courant empêchent la libération d’une énergie dangereuse en cas de défaut
- Isolation galvanique : empêche les tensions élevées d’atteindre le circuit de mesure
- Gestion thermique : tous les composants restent en dessous de leur température de surface maximale (par exemple T4 ≤ 135 °C)
Ces éléments de conception garantissent que, même en cas de défaillance double, le capteur ne peut produire ni étincelle ni chaleur excessive susceptible de provoquer une inflammation.
Si ces principes assurent la sécurité interne du capteur, la protection de l’ensemble de la chaîne de mesure dépend également d’une conception système adaptée, incluant l’utilisation de barrières de sécurité et d’isolateurs.
Conception du système et barrières de sécurité
En pratique, la sécurité intrinsèque ne se limite pas au capteur. L’ensemble du circuit — y compris le câblage, les connecteurs et l’électronique d’interface — doit être conçu de manière à éliminer tout risque d’inflammation.
Cela est rendu possible grâce à l’utilisation de barrières de sécurité et à un contrôle rigoureux des paramètres électriques du système.
Barrières Zener et isolateurs galvaniques
Deux technologies principales sont utilisées pour protéger les boucles intrinsèquement sûres :
- Barrières Zener : utilisent des diodes Zener, des résistances et des fusibles pour limiter la tension et le courant. Elles sont économiques et fiables, mais nécessitent une mise à la terre de qualité. Elles conviennent particulièrement aux installations compactes avec des longueurs de câble réduites.
- Isolateurs galvaniques : utilisent des transformateurs ou des optocoupleurs pour assurer une séparation complète entre les zones sûres et les zones à risque. Ils ne nécessitent pas de mise à la terre et préservent l’intégrité du signal. Ils sont particulièrement adaptés aux systèmes étendus ou distribués.
Dans les deux cas, ces solutions garantissent qu’un défaut électrique du côté sûr ne peut pas transmettre suffisamment d’énergie vers la zone dangereuse pour provoquer une inflammation.
Paramètres des câbles et certification du système
Les caractéristiques des câbles jouent également un rôle important. La capacité et l’inductance des câbles, notamment sur de longues distances, peuvent stocker de l’énergie électrique susceptible de dépasser les limites de sécurité.
C’est pourquoi les certifications ATEX et IECEx définissent des valeurs maximales de capacité (C) et d’inductance (L) autorisées pour chaque type de capteur.
Pour qu’une boucle soit entièrement certifiée, le capteur et la barrière doivent être testés ensemble et validés selon le concept d’entité ou de boucle. Les ingénieurs vérifient la conformité en s’appuyant sur la documentation des fabricants et en calculant les marges de sécurité conformément à la norme IEC 60079-14.
Applications pratiques
Les capteurs intrinsèquement sûrs sont utilisés partout où il existe un risque d’inflammation et où la précision est essentielle :
- Pétrole et gaz : mesure de position, de niveau et de pression sur les plateformes de forage et les pipelines
- Industrie chimique : contrôle de position des vannes et régulation de débit en présence de gaz inflammables
- Agroalimentaire et pharmaceutique : mesure de niveau dans des silos où les poussières peuvent former des atmosphères explosives
- Mines : détection de position et contrôle des machines dans des environnements confinés riches en gaz
Nous accompagnons nos clients pour :
- sélectionner le capteur adapté à leur zone ATEX
- configurer les barrières et isolateurs pour une conception de boucle certifiée
- vérifier la conformité aux normes internationales telles que EN 60079
- intégrer des dispositifs intrinsèquement sûrs dans des systèmes PLC ou d’automatisation
Les avantages des capteurs intrinsèquement sûrs
Le choix de capteurs intrinsèquement sûrs offre de nombreux avantages qui vont au-delà de la simple conformité réglementaire. Ils simplifient la conception, améliorent la fiabilité et réduisent les coûts globaux du système.
1. Sécurité maximale
Certifiés pour une utilisation en zones 0, 1 et 2, les capteurs intrinsèquement sûrs garantissent que même en cas de double défaillance, l’énergie libérée reste insuffisante pour enflammer une atmosphère explosive.
Ils sont largement utilisés dans des environnements en fonctionnement continu, tels que les raffineries, les installations gazières ou les infrastructures souterraines.
2. Installation et certification simplifiées
Le principe de sécurité étant électrique et non mécanique, il n’est pas nécessaire d’utiliser des boîtiers antidéflagrants lourds ou des enveloppes pressurisées.
Cela permet des installations plus légères et plus rapides, ainsi qu’un accès facilité pour la maintenance, notamment dans les projets de modernisation.
3. Fiabilité accrue et maintenance réduite
Le fonctionnement à basse tension et faible courant limite l’usure des composants et réduit les échauffements, ce qui prolonge la durée de vie des capteurs.
Le résultat est une performance de mesure stable et une réduction des arrêts non planifiés, un atout majeur pour les industries fonctionnant en continu.
4. Intégration flexible
Les capteurs intrinsèquement sûrs s’intègrent facilement avec des équipements de contrôle standard via des barrières ou des isolateurs certifiés.
Ils peuvent être connectés à des systèmes PLC, des transmetteurs ou des systèmes d’acquisition de données avec peu d’adaptations, offrant une compatibilité complète pour les nouvelles installations comme pour les mises à niveau.
5. Conformité internationale
De nombreux capteurs intrinsèquement sûrs disposent de certifications multiples (ATEX, IECEx, FM, CSA), permettant leur utilisation dans différents pays.
Pour les fabricants et opérateurs internationaux, cela simplifie le déploiement et garantit un niveau de sécurité homogène à l’échelle mondiale.
Résumé
Les capteurs intrinsèquement sûrs offrent un équilibre optimal entre sécurité, simplicité et performance à long terme. Ils constituent une solution pertinente pour les ingénieurs concevant des systèmes destinés à des environnements à risque.
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