Résumé
La présente note technique explique l'utilisation de la méthode de calcul pour déterminer la toxicité par inhalation du pétrole brut fondée sur la composition de la phase vapeur en équilibre avec la phase liquide du pétrole brut, conformément à l'article 2.34 du Règlement sur le transport des marchandises dangereuses (RTMD) Note de bas de page 1.
Contexte
Qu’est-ce que la CL50?
La valeur CL50 pour une matière est la plus faible concentration de gaz, de vapeurs, de brouillards ou de poussières qui, administrée par inhalation continue pendant une heure, à un groupe de jeunes rats albinos adultes mâles et femelles, entraîne la mort de la moitié des animaux dans un délai de quatorze jours.
Le pétrole brut est un mélange complexe de composants liquides et gazeux, et sa composition varie en fonction du type de pétrole brut et du lieu et du moment de l'extraction. En vertu du RTMD, le pétrole brut est généralement classé comme un liquide inflammable de classe 3 (UN1267 PÉTROLE BRUT). Cependant, la présence de composants qui sont toxiques par inhalation doit être prise en compte pour déterminer la classification appropriée. Par exemple, certains pétroles bruts pourraient contenir suffisamment de composants toxiques par inhalation pour être affectés au numéro UN3494, PÉTROLE BRUT ACIDE, INFLAMMABLE, TOXIQUE, qui correspond aux marchandises dangereuses de la classe 3, classe subsidiaire 6.1. Comme sa composition est variable, il n'existe pas de valeur CL50 standard pour le pétrole brut.
La toxicité par inhalation d'un mélange de liquides dont la CL50 est inconnue peut être déterminée par des méthodes d'expérimentation animale, conformément à l'article 2.35 du RTMD, ou par estimation, conformément à l'article 2.34 du RTMD. Les essais sur les animaux peuvent ne pas être pratiques, faisables ou préférables pour de nombreux transporteurs. Par conséquent, la méthode de calcul de l'article 2.34 est l'alternative appropriée pour déterminer la toxicité du pétrole brut.
Objectifs
Le but de ce travail est d'expliquer la méthode de calcul trouvée dans l'article 2.34 du RTMD, pour l'estimation de la toxicité par inhalation du pétrole brut.
Méthodes
Composants toxiques
Le pétrole brut est un produit liquide complexe, dans lequel plusieurs gaz sont couramment dissous. Certains de ces composants sont connus pour être toxiques par inhalation, c'est-à-dire qu'ils ont une CL50 (rat, 1 h) inférieure à 5 000 mL/m3, comme le définit l'alinéa 2.28 (c) (ii) du RTMD. La valeur CL50 de deux gaz toxiques connus pour être dissous dans le pétrole brut est fournie dans le tableau 1 ci-dessous.
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Composant |
LC50, 1 h (mL/m3) |
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Monoxyde de carbone, (CO) |
4 888 Note de bas de page 2 |
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Sulfure d'hydrogène (H2S) |
Comme le pétrole brut est un mélange de liquides et de gaz dissous qui peuvent être toxiques par inhalation, c'est la toxicité de la vapeur en équilibre avec le liquide qui doit être évaluée. La première étape de l'alinéa 2.34 (1)(a) consiste à déterminer la CL50 (vapeur) du mélange conformément à l'article 2.33 du RTMD. Les composants désignés dans le tableau 1 comme toxiques (H2S, CO) se trouvent dans le pétrole brut sous forme de gaz dissous et passeront en phase vapeur à température et pression standard. Les calculs suivants utilisent la fraction molaire des composants toxiques en phase vapeur pour tenir compte de la toxicité par inhalation générée par ces composants gazeux, fondés sur leur concentration respective.
L'article 2.33 renvoie à l'article 2.17 du RTMD pour la détermination de la CL50 d'un mélange de matières qui se présente sous forme de poussière, de brouillard ou de vapeur. Dans le paragraphe 2.17(b), Détermination de la CL50 d'un mélange de gaz, la première étape consiste à calculer la CL50 du mélange en utilisant la concentration et la CL50 de chacun des composants toxiques.
Pour la démonstration, nous utiliserons les résultats obtenus lors d'une campagne d'analyse d'échantillons de pétrole brut menée par TC Note de bas de page 4. Il convient de prêter une attention particulière aux spécificités de chaque envoi de pétrole brut lors de l'adaptation de la méthodologie, car les résultats obtenus dans ce document ne sont applicables qu'aux échantillons collectés lors de la campagne.
Sur la base des résultats de la campagne, le CO et le H2S ont été identifiés comme les deux composants toxiques par inhalation dans les échantillons de pétrole brut. Par conséquent, nous devons calculer le nombre contribuant (NC) de chaque gaz en utilisant la formule de l'alinéa 2.17(b)(i) :
Pour utiliser cette équation, il faut connaître la fraction en volume de chaque gaz toxique dans la phase vapeur au-dessus du liquide. Il a été démontré que la concentration de H2S en phase vapeur au-dessus d'un liquide complexe tel que le pétrole brut ne peut être dérivée de la concentration de H2S liquide, ce qui a mené le projet H2S PVT de la CCQTA à obtenir une mesure sur le terrain de la concentration de H2S en phase vapeur au-dessus du pétrole brut Note de bas de page 5Note de bas de page 6. Les travaux réalisés par Transports Canada ont également révélé que la concentration de H2S en phase vapeur n'était que faiblement prévisible sur la base des propriétés d'un échantillon de pétrole brut liquide Note de bas de page 4. Il était donc nécessaire d'élaborer une méthode permettant de mesurer la fraction en volume de chaque composant toxique dans l'espace vapeur au-dessus du pétrole brut.
Mesure de la concentration de vapeur
Comme l'évolution des gaz dissous en phase vapeur est influencée par les conditions ambiantes, l'objectif de ce travail était d'obtenir des données de classification dans des conditions similaires à celles du pétrole brut transporté par rail. Au cours de la campagne d'analyse d'échantillons, TC a donc mesuré la concentration des gaz en phase vapeur à température et pression standard, et à un rapport vapeur/liquide de 0,1:1, ce qui représente un wagon-citerne rempli à 90,9 %. Une nouvelle méthode a été développée et utilisée, fondée sur la norme ASTM D8236 Note de bas de page 7. Cette méthode utilise un cylindre à piston manuel pour obtenir un échantillon de vapeur au-dessus du pétrole brut liquide, il n'y a donc aucune perte de composants volatils. L'agitation se fait pendant 5 minutes dans un bain sonique, puis on laisse l'échantillon se déposer pendant une nuit pour atteindre l'équilibre. Un échantillon de la vapeur est ensuite passé dans un chromatographe en phase gazeuse pour mesurer la fraction en volume des hydrocarbures et des gaz fixes.
Calcul
Une fois les fractions de vapeur des composants toxiques connues, les NC de CO et de H2S ont pu être calculés conformément à l'alinéa 2.17(b)(i), en utilisant la CL50 connue (voir le tableau 1) et la fraction en volume de chaque gaz. Ensuite, les NC des deux gaz ont été combinés à l'aide de la formule de l'alinéa 2.17(b)(ii) pour calculer le nombre T :
La CL50 du mélange de vapeurs au-dessus du pétrole brut pourrait alors être calculée en utilisant la formule de l'alinéa 2.17(b)(iii) :
Si la CL50,mélange d'un pétrole brut spécifique est supérieure à 5 000 mL/m3, alors ce pétrole brut ne répond pas aux critères pour être classé comme toxique par inhalation. Si elle est inférieure ou égale à 5 000 mL/m3, elle atteint le seuil de toxicité, et la classification doit en tenir compte et attribuer un numéro UN approprié tel que UN3494, PÉTROLE BRUT ACIDE, INFLAMMABLE, TOXIQUE.
Résultats
La méthodologie ci-dessus a été utilisée sur 24 échantillons de pétrole brut, afin de donner un large aperçu des pétroles bruts produits dans l'Ouest canadien. Sur ces 24 échantillons testés, aucun ne répondait aux critères de toxicité par inhalation.
Conclusions
Transports Canada, en collaboration avec son partenaire de recherche à InnoTech Alberta, a mis au point une nouvelle méthode pour mesurer la concentration des composants de vapeur toxiques au-dessus du pétrole brut et a démontré l'utilisation de la méthode de calcul pour déterminer la toxicité par inhalation pour la classification du pétrole brut selon le RTMD.
Mesures à venir
Étant donné la réduction de la ténacité du MA à des températures plus basses, les travaux futurs suggérés comprennent l'examen des données sur les incidents par temps froid pour voir s'ils ont été une source de défaillance. Des échantillons supplémentaires de soudures de wagons-citernes non pressurisé peuvent également être évalués afin de déterminer si la réduction de la ténacité à basse température est courante ou s'il s'agit d'un résultat aberrant pour la soudure testée dans cette étude. Si la ténacité réduite des soudures à basse température semble conduire à des défaillances, sur la base des données d'incidents, alors la ténacité à basse température d'autres matériaux courants pour les wagons-citernes, tels que l'A516 ou l'ASTM A572, qui est couramment utilisé pour les longrines tronquées, pourrait également être étudiée.
Résumé de recherche – Calcul de la toxicité par inhalation du pétrole brut
Rapport complet : Incidence des propriétés du pétrole brut sur les propriétés d'inflammabilité (2020)
Auteurs : A. Prefontaine et C. Aumann (InnoTech Alberta)
ISBN: 978-0-660-36841-2
Numéro de catalogue : T86-10/1-2020E-PDF
No de TP : 15460E
Remerciements
Ce projet a été financé par Transports Canada et réalisé par InnoTech Alberta.
TC tient à remercier les producteurs de pétrole et les exploitants de terminaux qui ont permis l'accès à leurs sites pour la collecte d'échantillons.
Contactez-nous
Pour obtenir une copie du rapport, veuillez communiquer avec :
Division de la recherche scientifique du TMD
TC.TDGScientificResearch-RecherchescientifiqueTMD.TC@tc.gc.ca
Mots clés
Pétrole brut, toxique par inhalation, brut acide, sulfure d'hydrogène, H2S, classification, UN1267, UN3494
