Les détecteurs de flamme

Le 20/12/2016 à 13:30

Le segment de marché des détecteurs de flamme connaît depuis quelque temps des soubresauts liés principalement au contexte économique et aux (nouvelles?) stratégies des acteurs. Si la baisse significative du prix du baril de pétrole ces derniers mois a forcément eu une incidence négative sur les achats de détecteurs de flamme par les industriels du secteur, ce qui est plus étonnant est la succession d'acquisitions. On peut citer celui de l'américain Spectrex par le groupe Emerson en septembre 2015, pour un montant non dévoilé, rachat qui faisait d'ailleurs suite à celui du canadien Net Safety Monitoring en 2011, toujours par Emerson.

Les bonnes questions à se poser

l Quels sont les produits qui risquent de brûler? l Quels sont la taille du feu, la distance à couvrir, le temps de réaction? l Est-on en zone classée Atex ou non? Et quel est le niveau de fiabilité SIL requis? l Quel est l'environnement du site (piles de caisses, présence de turbines, d'un four, d'arbres modulant le soleil)? l Quel est le mode de gestion des alarmes? l Quels sont les équipes et les moyens en charge de la maintenance préventive, de la vérification du bon fonctionnement? l Et, évidemment, quel est le coût?

Quelques mois auparavant, au mois de mars plus précisément, c'est Scott Safety, société du groupe américain Tyco, qui mettait la main sur son compatriote Industrial Safety Technologies (IST), pour un montant de 329,5 millions de dollars. IST regroupait les fabricants Detcon, Gas Measurement Instruments (GMI), Oldham et Simtronics. L'année précédente, l'américain General Monitors tombait dans l'escarcelle de son compatriote MSA,pour un montant de 280 millions de dollars.

Il est vrai que les détecteurs de flamme participent à la prévention des feux et, plus généralement, à la sécurité des biens etdes personnes, à l'instar des détecteurs de gaz toxiques et inflammables, portables et à poste fixe. Le rôle d'un détecteur de flamme est simple: « Dans le secteur du pétrole et du gaz, la crainte de l'industriel est que,en cas de fuite de gaz ou de vapeur, il y a un risque d'incendie si se produit une ignition. Le détecteur de flamme permet de donner rapidement l'alerte puis de déclencher automatiquement des asservissements (arrosage, fermeture de vannes) pour parer au problème », explique Yann Cochois, Regional Sales Manager de Detector Electronics (Det-Tronics) France.

Pour certains, cette définition d'un détecteur de flamme ne correspond pas forcément à la réalité. Le «vrai» détecteur est en fait celui qui se déclenche quand la flamme s'éteint, dans un brûleur par exemple. Les détecteurs de flamme dont on va surtout parler dans cet article sont plutôt des détecteurs optiques d'incendie, des détecteurs industriels, robustes et dotés des agréments pour être installés dans des zones classées Atex –nous n'aborderons pas ici la ribambelle des modèles destinés aux applications tertiaires, qui sont plus des détecteurs de fumées.

Compte tenu des conséquences que peut avoir un feu dans un site pétrolier, sur une plateforme offshore ou encore une unité flottante de production, de stockage et de déchargement ( Floating Production Storage and Offloading ou FPSO), on comprend très bien l'intérêt porté par les entreprises du secteur du pétrole et du gaz sur ce type de détecteurs. « Le pétrole et le gaz,à savoir l'extraction,le transport, le raffinage,les FPSO,etc.,représentent en effet le gros du marché.En deuxième position,on trouve la pétrochimie qui en découle.Viennent ensuite les hangars aéronautiques, la chimie, que ce soit au niveau du process ou du stockage, la cosmétique – la demande est liée au remplissage des sprays avec du butane – et plus généralement toutes les applications où l'on a besoin de surveiller le stockage de produits inflammables », indique Nicolas Uschanoff, responsable des équipes R&D Simtronics et Oldham chez Tyco Gas & Flame Detection. Et n'oublions pas, parmi les produits inflammables stockés en grande quantité, les munitions, les alcools, les peintures, les solvants, les biocarburants.

DR Les détecteurs de flamme participent à la prévention des feux et, plus généralement, à la sécurité des biens et des personnes. Leur rôle est simple : dans le secteur du pétrole et du gaz, il s'agit de donner rapidement l'alerte puis de déclencher automatiquement des asservissements en cas de départ d'un feu.

Un marché très lié au prix du baril de pétrole

S'il n'est pas évident de connaître précisément la taille du marché des détecteurs de flamme, Michel Spellemaeker, responsable produit Oldham chezTyco Gas & Flame Detection estime que « le marché de la détection de flamme (industrielle et tertiaire) avoisine le milliard de dollars,et même 2,5 milliards de dollars avec les services,avec une croissance de 5 à 7% par an. » La société d'analyse indienne Markets & Markets prévoit, quant à elle, un taux de croissance annuel moyen (CAGR) de 6,07% entre 2015 et 2020 pour l'ensemble du marché mondial (produits et services). Ce dernier atteindrait alors 3,2 milliards de dollars.

Les personnes interrogées ont toutes précisé que le marché des détecteurs de flamme industriels est assez cyclique. « Nous travaillons souvent par projets, voire de gros projets, mais il arrive encore que des clients ne soient pas encore équipés de détecteurs de flamme. C'est d'ailleurs une différence d'avec la détection de gaz.C'est également un marché où il n'y a pas de pièces de rechange – une autre différence d'avec la détection de gaz – ,du fait de la conception robuste des appareils », constate Régis Prévost, responsable commercial Détection gaz et flamme Europe du Sud et Maghreb chez MSA France. Le secteur de la détection de flamme se caractérise surtout par sa dépendance au marché du pétrole, en particulier à la volatilité du prix du baril de pétrole, et donc aux relations internationales.

« Lorsque le prix du baril chute, les projets sont gelés,mais pas annulés.Cela explique pourquoi le marché est globalement en recul en 2016 », précise Michel Spellemaeker (Tyco Gas & Flame Detection). Et Yann Cochois (Det-Tronics France), dont la société revendique plus de 50% de son marché cible, d'ajouter: « Pour notre secteur (le pétrole et le gaz), le marché a été en baisse de fin 2014 à début 2016,du fait de la chute du prix du baril de pétrole qui a entraîné des dépenses à la baisse chez nos clients. En parallèle, la hausse du dollar par rapport à l'euro –le cours du change est passé de 1,35 $ à 1,10$ l'euro, entre fin 2014 et début 2015– s'est accompagnée de la hausse des prix de nos appareils fabriqués aux États-Unis et a accentué l'effet négatif de la déprime de notre cœur de cible ».

Une concentration des acteurs

Comme nous l'évoquions en introduction, le marché des détecteurs de flamme a connu ces dernières années une concentration des fabricants avec les rachats de General Monitors par MSA, de Net Safety puis de Spectrex par Emerson, du californien Fire Sentry par le groupe américain Honeywell, en 2012, et de Simtronics par United Technologies Corporation (UTC), puis IST, puis Tyco qui a fusionné avec le groupe Johnson Controls. « Oldham a en effet été revendu à IST, qui détenait déjà Simtronics. Deux, trois ans plus tard, IST a été repris par Scott Safety,société appartenant àTyco. En début d'année 2016 est créé Tyco Gas & Flame Detection,et au mois de septembre dernier les groupesTyco et Johnson Controls fusionnent. C'est surtout le rachat par Scott Safety qui a permis d'étoffer significativement le portefeuille de produits, avec les offres de Detcon, de GMI, d'Oldham, de Scott Safety et de Simtronics », explique Michel Spellemaeker (Tyco Gas & Flame Detection).

Du côté d'Emerson Automation Solutions, qui est le nouveau nom de l'entité Emerson Process Management, spécialisée dans les solutions d'automatisation des process industriels, depuis le 1 er octobre 2016, le groupe américain a lui aussi fait pas mal d'emplettes pour se constituer une véritable offre en détection de gaz et de flamme. Il y a évidemment eu le rachat de Spectrex, qui se revendique avoir été le premier fabricant de détecteurs de flamme UV/ infrarouge et triple infrarouge, ainsi que de barrières dotées de lampes flash xénon, et le rachat de Net Safety Monitoring, fabricant spécialisé dans les détecteurs de gaz, de flamme et les systèmes de sécurité. Sans oublier non plus, en 2013, l'acquisition du britannique Groveley Detection, pour un montant non dévoilé. Il s'agissait, pour Emerson, de renforcer l'offre de contrôle de la sécurité de son activité Rosemount Analytical avec les solutions de détection de fuites de gaz par ultrasons du britannique. L'une des pistes avancées par certains était la volonté de la part d'Emerson, pourtant le numéro un mondial sur ce segment de marché devant General Monitors, de se doter de sa propre fabrication avec celle du numéro 4 ou 5 (Spectrex). Pour d'autres personnes, cette succession d'acquisitions traduit la stratégie des grands acteurs du contrôle-commande (Emerson et Honeywell) ou de la protection incendie (Tyco et UTC) de compléter leur catalogue respectif avec la détection de gaz et de flamme.

Même s'ils sont aujourd'hui jugés dépassés par les modèles IR multiple, les détecteurs de flamme fonctionnant dans la gamme spectrale UV présentent quelques avantages indéniables. La echnologie est avant tout universelle, car tous les feux émettent dans l'UV, et ffiche une excellente sensibilité et de très bons temps de réponse.

« Il y a une réduction du nombre d'acteurs en détection de gaz, une concentration liée à une activité européenne assez difficile, qui se traduit par exemple par la fermeture de raffineries. MSA reste aujourd'hui le seul grand acteur spécialisé en détection feu et gaz », ajoute Régis Prévost (MSA France). En ce qui concerne MSA et Det-Tronics, la situation est nettement plus calme. Si le rachat de General Monitors a permis à MSA de renforcer sa présence à la fois au Moyen-Orient et dans le secteur du pétrole et du gaz –la marque General Monitors y est bien plus connue, MSA étant mieux implanté dans l'industrie –, Det-Tronics, qui est né d'une division d'Honeywell située à Minneapolis (États-

Unis), appartient au grand groupe UTC. « Il ne reste ainsi plus de petits fabricants indépendants. Et pourtant la détection de flamme et de gaz requiert des fabricants spécialisés », constate Yann Cochois (Det-Tronics France).

L'UV, une technologie universelle

À l'inverse de l'effervescence que connaît actuellement le marché, la détection de flamme est un secteur des plus matures en termes technologique. « En présence d'un feu “carboné” [une combustion ou oxydoréduction, ndlr], il se produit l'oxydation d'une chaîne hydrocarbonée par le dioxygène (O2 ), ce qui génère du dioxyde de carbone (CO2 ), de la vapeur d'eau (H2 O) et un rayonnement électromagnétique issu du changement de niveaux d'énergie d'électrons.C'est cette émission infrarouge,qui n'est d'ailleurs pas visible, et non les flammes que l'on détecte », explique Régis Prévost (MSA France). Mais les feux carbonés ne se résument pas aux hydrocarbures (pétrole, gaz, kérosène, fioul, etc.), mais aussi aux produits hydrocarbonés (liaison H-C), tels que le papier, le bois. Ce qui représente beaucoup de matières inflammables.

« Il n'est parfois pas possible de travailler sur la bande “habituelle” du CO2 (4,42µm). Il faut alors se positionner soit dans l'UV (200nm),soit dans d'autres bandes spectrales infrarouges (2,8µm).C'est le cas avec les composants à base d'hydrogène, tels que l'ammoniac (NH3 )oule silane (SiH4 ) », poursuit Nicolas Uschanoff (Tyco Gas & Flame Detection).

Deux technologies principales, toutes les deux optiques, cohabitent aujourd'hui dans les détecteurs de flamme: la détection des rayonnements infrarouges (IR) ou des ultraviolets (UV).Il faut même parler des détections infrarouges, car on trouve des appareils fonctionnant avec une seule longueur d'onde, deux longueurs d'onde ou trois longueurs d'onde différentes –ils représentent la majorité des modèles. Nicolas Uschanoff explique que « les tout premiers détecteurs de flamme ont travaillé dans l'infrarouge sur la bande du CO2 ,avecune seule longueur d'onde (IR simple). Comme il existe de nombreuses sources émettant à 4,42 µm ou 2,8µm (lampes, soleil, fours), les industriels se sont ensuite tournés vers l'UV ».

En combinant l'UV avec l'infrarouge, les fabricants ont réussi à améliorer significativement les taux de fausses alarmes –l'infrarouge sert à confirmer la détection d'un feu–, mais au détriment de la portée qui est alors limitée MSA à environ 25 m. Les émissions infrarouges sont en effet rapidement atténuées par les molécules d'eau présentes dans l'air, et la moindre fumée ou vapeur d'huile sur la vitre du détecteur de flamme absorbe l'UV. Et Yann Cochois (Det-Tronics France) de poursuivre: « Jusqu'à la fin des années 1980, les détecteurs UV/infrarouge étaient la solution préférée. Mais ces détecteurs voient aussi le soleil,les postes de soudage à l'arc, la Tyco foudre et bien d'autres sources UV. C'est ainsi que les modèles fonctionnant avec trois longueurs d'onde infrarouges (IR triple) ont vu le jour pour s'affranchir des limitations de la technologie UV/infrarouge ».

Les avantages de la technologie infrarouge (IR) triple peuvent se résumer à la plus grande portée de détection possible, qui peut atteindre 65 m, voire 80 m avec certains détecteurs de flamme, et au meilleur résultat pour rejeter les fausses alarmes.

Il n'empêche que les détecteurs de flamme fonctionnant dans la gamme spectrale UV présentent quelques avantages indéniables. La technologie est avant tout universelle, car tous les feux

émettent dans l'UV, et affiche une excellente sensibilité et de très bons temps de réponse, ce qui est intéressant pour la surveillance des stocks de munitions par exemple. « La sensibilité infrarouge d'un modèle UV/IR pouvant être une limite –impossible de trop augmenter le gain d'amplification sans risquer d'activer trop souvent la“voie”infra-rouge dans un environnement radiatif–,un deuxième détecteur infrarouge a été ajouté afin d'augmenter,par traitement du signal,le gain sans détériorer l'immunité aux fausses alarmes et en augmentant la portée de détection jusqu'au maximum de ce que permet la“voie”UV.Dumoment qu'il n'y a pas de risque de dépôt d'huile sur le hublot ou de forte fumée pouvant s'accumuler sur le trajet optique », précise Nicolas Uschanoff (Tyco Gas & Flame Detection).

L'infrarouge multiple supplante l'UV/infrarouge

Ce qui fait dire à Régis Prévost (MSA France) que « l'UV/infrarouge, c'est le passé… même si cette technologie représente encore beaucoup de ventes, car elle est toujours présente dans les spécifications des clients. » Comme leur nom l'indique, les détecteurs de flamme infrarouge double (IR double) et infrarouge triple (IR triple) travaillent à respectivement deux et trois longueurs d'onde différentes. On retrouve la raie à 4,42µm à laquelle on ajoute une ou deux longueurs d'onde à ±1µm. Un algorithme a ensuite en charge l'analyse, à savoir la détermination, ou non, du dépassement du seuil de déclenchement. « L'ajout d'une voie infrarouge supplémentaire permet d'augmenter le gain d'amplification et d'améliorer le traitement du signal au niveau du firmware », explique Nicolas Uschanoff (Tyco Gas & Flame Detection). Si, durant les années 1980 et 1990, les fabricants ont plutôt porté leur attention sur la partie détection, la décennie suivante a vu les développements sur le traitement du signal. À l'image de la technologie propriétaire Artificial Neural Network (ANN) de MSA: « La différence se fait au niveau de la mise en œuvre des algorithmes et des calculs,les capteurs pyroélectriques étant identiques d'un fabricant à l'autre », précise Régis Prévost (MSA France).

« Dans le cas des modèles à trois longueurs d'onde,la légende veut que l'on ne peut pas utiliser les termes“triple IR”,“IR triple”et“IR3”, d'où l'usage des termes“IR multifréquences”ou “multi spectrum IR” », avance Yann Cochois (Det-Tronics France). On rencontre par ailleurs des détecteurs de flamme fonctionnant soit à quatre longueurs d'onde infrarouges différentes (IR quadruple ou IR4), soit dans les gammes spectrales UV, infra-rouge et visible (UV/IR/visible). « Mais ces technologies restent pour l'instant très confidentielles en termes de succès com-mercial, car elles n'apportent rien de mieux que la classique infrarouge triple en termes de performances (plage de détection et rejet des sources provoquant des fausses alarmes) », poursuit-il.

Les avantages de la technologie IR triple peuvent se résumer à la plus grande portée de détection possible et au meilleur résultat pour rejeter les fausses alarmes. En ce qui concerne le premier avantage, quelques modèles affichent une portée de détection jusqu'à 65 m, voire 80m tels que les détecteurs de flamme DF-TV7-T de Tyco Gas & Flame Detection (marque Simtronics), X3301 et X3302 de Det-Tronics. « Nous avons en effet, l'année dernière, mis sur le marché une version améliorée du X3301 avec des plagesdedétec-tion supérieures de 30% à celles du modèle précédent. Ce qui en fait le détecteur avec la plage de détection la plus importante du marché (80,7m) testée sur des feux de carburants multiples, comme un feu d'heptane de 30 x 30 cm, soit une surface de 0,1m 2 ,etcertifiée par un organisme indépendant », rappelle Yann Cochois (Det-Tronics France). Pour Régis Prévost (MSA France), « plus que la distance,c'est la taille du feu, son énergie, qui compte. Plus on détecte un feu petit,c'est-à-dire très tôt,moins la situation est grave. Si je voulais être provocateur, je dirais que c'est la possibilité de détecter le moins trop tard ».

Autre différence en faveur des détecteurs de flamme infrarouges, « les capteurs pyroélectriques très largement mis en œuvre dans les détecteurs de flamme infrarouges se distinguent par un coût inférieur à celui des pho-todétecteurs UV utilisées pour les modèles UV », indique Nicolas Uschanoff (Tyco Gas & Flame Detection). Si l'on revient sur les records de portée, très peu d'industriels ont toutefois besoin d'aller jusqu'à de telles distances; le plus important est de pouvoir être capable de détecter un départ de feu à une dizaine de mètres. « En détection de flamme, on peut en effet vite tomber dans le concours de perfor-mances. Sur un site industriel donné, le détecteur de flamme avec la plus grande portée n'est pas forcément le meilleur. Il faut voir aussi à ce que la détection ne soit pas gênée par des perturbations extérieures », rappelle Régis Prévost (MSA France).

Une détection finalement mature

Contrairement à l'environnement d'un laboratoire, il y a tellement de sources potentielles de perturbations, et donc de fausses alarmes, sur le terrain, comme un soleil rasant ou qui se réfléchit sur une flaque d'huile, un moteur émettant du CO 2 vacillant. « Toute la difficulté réside donc dans le fait d'être dans le juste milieu,entre ne pas créer de fausses alarmes intempestives et ne pas être trop conservateur. La principale erreur des bureaux d'études et des clients est de croire que tout ce qui peut brûler brûle, souvent par méconnaissance », insiste Régis Prévost. Les fabricants peuvent s'appuyer sur la norme NF EN 54-10 « Systèmes de détection et d'alarme – Partie 10 : détecteurs de flamme – Détecteurs ponctuels », pour déterminer les performances de leurs appareils, sachant qu'un feu d'alcool éthylique ou d'heptane (spécifiés dans la norme) est différent d'un feu de méthane. « Tous les fabricants ne respectent pas systématiquement cette réglementation européenne, même si cette norme est de plus en plus demandée en Europe, au Moyen-Orient, voire en Asie », indique Nicolas Uschanoff (Tyco Gas & Flame Detection).

Les sources potentielles de perturbations, et donc de fausses alarmes, étant très nombreuses (le soleil par exemple), toute la difficulté dans la conception d'un détecteur de flamme réside dans le fait d'être dans le juste milieu, entre ne pas créer de fausses alarmes intempestives et ne pas être trop conservateur.

Hormis les développements concernant la partie algorithmique et traitement du signal pour améliorer l'immunité aux fausses alarmes, il n'y a pas vraiment eu de grandes évolutions ces dix, quinze dernières années dans le domaine de la détection de flamme. « Nos développements les plus récents portent notamment sur la sécurité fonctionnelle,qui s'est généralisée depuis quelques années, avec des produits certifiés SIL 2 et même SIL 3 », précise Nicolas Uschanoff. Si, de par leur conception, les détecteurs de flamme ne s'étalonnent pas, il faut toutefois contrôler leur intégrité mécanique et vérifier la chaîne de sécurité. Les fabricants ont ainsi doté leurs appareils de fonctions d'autotest permettant de valider le bon fonctionnement du détecteur de flamme (absence d'encrassement de la vitre, temps de réaction dans les gabarits). Il existe également des lampes simulant un feu, mais, compte tenu de là où sont installés les détecteurs de flamme, une telle intervention peut vite s'avérer difficile et onéreuse.

En plus des travaux sur la tenue aux températures jusqu'à - 55°C, voire - 60°C chez Det-Tronics, par exemple, la communication et les outils d'aide intéressent les industriels. « Tous nos détecteurs intègrent les interfaces Modbus et Ethernet, et nous avons même des demandes pour le Wi-Fi, mais pas en France », constate

Yann Cochois (Det-Tronics France). En ce qui concerne les outils d'aide, il s'agit d'appréhender l'environnement d'un site industriel, les sources intempestives susceptibles de perturber la détection. « Nous nous appuyons sur des logiciels d'aide à l'implantation, via une tierce partie, dans lesquels on entre des informations sur le type de feu,les installations et qui nous fournissent une probabilité de cou-verture avec un ou deux détecteurs. Sur un site industriel, la démarche est assez simple, mais, en phase d'étude,le bon sens ne suffit pas pour trouver l'équilibre entre couverture sécuritaire et coût », insiste Régis Prévost (MSA France).