Aérosols ultra-fins en milieu professionnel

L’exposition professionnelle aux PUF est possible pour tous les procédés de fabrication et de manipulation des matériaux nanostructurés; La nature, le niveau et la probabilité de cette exposition varient en fonction du procédé et de l’étape du procédé.

Emissions secondaires liées à certains procédés industriels
Emissions lors de la fabrication ou de la manipulation de matériaux connus à structure nanométrique
Emissions lors de la fabrication ou de la manipulation de nouveaux matériaux à structure nanométrique: nanomatériaux
Mesure de l’exposition professionnelle

Emissions secondaires liées à certains procédés industriels

Il s’agit de particules ultra-fines non produites à des fins commerciales:

Sources potentielles de PUF

Procédés thermiques

  • Fonderie et affinage des métaux: Acier, fer, aluminium.
  • Métallisation, galvanisation.
  • Soudage: Un très grand nombre de PUF sont produites, ce sont des métaux ou oxydes métalliques, plus ou moins complexes.
  • Découpage de métaux: laser, torche thermique…
  • Traitement thermique de surface: laser, projection thermique.
    • La projection thermique par plasma permet de réaliser des traitement de surface en projetant à vitesse élevée, sur une surface préalablement préparée de fines particules d’une substance solide, fondue ou ramollie. Une torche à plasma fait fondre la poudre métallique ou céramique puis la projette sur la surface où elle se solidifie.
    • Application de résines, de cires…
  • Cuisine industrielle

Combustion

  • Emission des moteurs diesel, à essence ou à gaz.
    Les fumées des moteurs diesels sont un mélange complexe de polluants en phase vapeur et particulaire, ce n’est que depuis peu que ce type d’émission commence à être caractérisé en terme de fraction ultra-fine.
  • Centrale d‘incinération, centrale thermique, crémation.
  • Fumage de produits alimentaires.
  • Chauffage au gaz.

Procédés mécaniques

  • Usinage et ponçage: métaux, plastiques…
    on pense souvent que les procédés mécaniques comme le meulage ou le ponçage ne dispersent que des particules de taille micronique. Pourtant une étude relative au meulage à main révèle la présence de PUF qui peuvent constituer une fraction non négligeable de l’aérosol total.
  • Perçage de précision.
  • Polissage fin: abrasion.

Cas des fumées de soudage

Ces fumées sont un mélange complexe de gaz et de particules en très grand nombre:
Les vapeurs métalliques formées au niveau du point de soudure du fait des hautes températures réagissent rapidement avec l’air pour former des agglomérats de particules d’oxydes métalliques.
La plupart des substances présentes dans les fumées proviennent des électrodes consommées pendant le soudage.

De nombreuses réactions ont lieu dans ces fumées et l’aérosol final auquel est exposé le soudeur a des caractéristiques qui dépendent de plusieurs facteurs:

  • Procédé de soudage
    A l’arc électrique, à l’arc sous protection gazeuse, à l’arc plasma…
    Lors du soudage à l’arc sous protection gazeuse, qui est fréquemment utilisé, appelé soudage MIG ou MAG:

    • Les gaz de protection sont constamment soufflés autour de l’arc pour protéger la soudure de l’oxydation.
    • Des agents fluxants sont parfois incorporés dans l’électrode dans le même but.
  • La modification de la composition du gaz protecteur peut avoir des effets importants sur la concentration et la granulométrie de l’aérosol.

Emissions lors de la fabrication ou de la manipulation de matériaux connus à structure nanométrique

Ces matériaux nanostructurés sont surtout des poudres, et sont fabriqués depuis quelques années.
On parle de poudres ultra-fines ou poudres «nanostructurées».
Il s’agit de substances produites en fortes quantités au niveau mondial:
noir de carbone, TiO2 silices et alumine, et aux nombreuses applications industrielles:

  • Noirs de carbone dans les pneus.
  • TiO2, oxyde de titane, ultra-fin dans les produits solaires, les peintures, les plastiques.
  • Silices et alumines ultra-fines dans la fabrication de céramique, comme agent polissant, renforçant

Tous ces produits sont de plus en plus employés sous forme ultra-fine du fait de propriétés liées à la faible taille des particules primaires, comme les propriétés photo-catalytique du TiO2 ultra-fin pour la dégradation des polluants; la grande surface spécifique offerte par ces poudres ultra-fines est une caractéristique également recherchée.

Emissions lors de la fabrication ou de la manipulation de nouveaux matériaux à structure nanométrique: nanomatériaux

Cette dernière catégorie est à ce jour quasiment inexplorée.

Les nanotechnologies étudient et développent des techniques de fabrication, de manipulation et d’utilisation de la matière à une échelle proche de celle des molécules pour produire de nouveaux matériaux.

Les nanomatériaux sont une réalité dans plusieurs secteurs: chimie, pharmacie, métallurgie, bâtiment, cosmétique, automobile, transport..l
Leur production et leur utilisation ne feront qu’augmenter dans les années à venir: la question posée est celle des risques pour la santé de ces nanomatériaux.

Les nanomatériaux sont des matériaux composés en tout ou partie de nano-objets qui confèrent à ces matériaux des propriétés ou des combinaison de propriétés améliorées ou nouvelles;

Nano-objets: nanoparticules, nanotubes, nanofilms

Parmi les nano-objets, on distingue

  • les nanoparticules: aucune des 3 dimensions n’est supérieure à 100 nm
  • les nanotubes, nanofibres, nanobâtonnnets: dont une dimension est supérieure à 100 nm
  • les nanofilms: dont 2 dimensions sont supérieures à 100 nm.

Les nanomatériaux sont regroupés en 3 familles

  • Matériaux nanochargés.
  • Matériaux nanostructurés en surface
    • C’est à dire recouverts d’un ou plusieurs nanofilms superposés qui confèrent à la surface des propriétés déterminées ou des nouvelles fonctionnalités ( effet lotus pour les verres par exemple), ou bien matériaux recouverts de nanoparticules.
  • Matériaux nanostructurés en volume
    • Matériaux dont la structure nanométrique est liée à l’hétérogénéité de composition:
    • Ainsi la nanostructuration peut rendre un matériau moins fragile en modifiant la propagation des fractures par rapport à un matériau dont la structure serait micrométrique.

Procédés d’élaboration des nanomatériaux: 3 catégories

  • Procédés chimiques
    • Dépôt chmique en phase vapeur, réaction en milieu liquide.
  • Procédés physiques
    • Evaporation/condensation, ablation laser, etc
  • Procédés mécaniques
    • Mécanosynthèse, consolidation et densification;

Etape clé dans la fabrication des nanoparticules

Il faut stabiliser leur croissance en taille, car les nanoparticules ont tendance à former très rapidement des agglomérats ou agrégats, du fait de leur grande réactivité ce qui pourrait modifier considérablement les propriétés recherchées.

Cette stabilisation peut s’effectuer par l’inclusion dans une matrice solide, un gel, une suspension, mais également former une poudre nanostructurée ou nanopoudre.

A priori les nanoparticules incluses dans une matrice solide ne sont émises que si cette dernière est soumise à une énergie thermique ou mécanique suffisante, lors d’une découpe, d’un ponçage, d’un nettoyage au laser.

Mesure de l’exposition professionnelle

Quand la taille des particules diminue la toxicité des particules inhalées croît et la surface totale augmente.

L’approche actuelle d‘évaluation de l’exposition professionnelle utilisée pour les aérosols ne semble pas adaptée au cas des aérosols de PUF insolubles ou faiblement solubles.

Dans les atmosphères de travail, du fait des modes de formation des aérosols utra-fins, les évènements à l’origine de l’émission de PUF sont dans la plupart des cas, fugitifs ou instables: d’où une variabilité dans le temps et l’espace des concentrations ou de la granulométrie.

Les informations figurant dans cet article sont extraites du livre:
«Les nanoparticules: un enjeu majeur pour la santé au travail?»
Sous la direction de Benoît Hervé-Bazin
INRS, édition EDP sciences, 2007.



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