36. Augmentation de la pression barométrique
Éditeur de chapitre : TJR François
Table des matières
Travailler sous une pression barométrique accrue
Éric Kindwall
Dees F.Gorman
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1. Instructions pour les travailleurs de l'air comprimé
2. Maladie de décompression : classification révisée
37. Pression barométrique réduite
Éditeur de chapitre : Walter Dummer
Acclimatation ventilatoire à la haute altitude
John T. Reeves et John V. Weil
Effets physiologiques de la pression barométrique réduite
Kenneth I. Berger et William N. Rom
Considérations sanitaires pour la gestion du travail à haute altitude
John B. Ouest
Prévention des risques professionnels en haute altitude
Walter Dummer
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38. Dangers biologiques
Éditeur de chapitre : Zuheir Ibrahim Fakhri
Risques biologiques sur le lieu de travail
Zuheir I. Fakhri
Animaux aquatiques
D.Zannini
Animaux venimeux terrestres
JA Rioux et B. Juminer
Caractéristiques cliniques de la morsure de serpent
David A. Warrell
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1. Milieux de travail avec agents biologiques
2. Virus, bactéries, champignons et plantes sur le lieu de travail
3. Les animaux comme source de risques professionnels
39. Catastrophes naturelles et technologiques
Éditeur de chapitre : Quai Alberto Bertazzi
Catastrophes et accidents majeurs
Quai Alberto Bertazzi
Convention de l'OIT concernant la prévention des accidents industriels majeurs, 1993 (n° 174)
Préparation aux catastrophes
Peter J.Baxter
Activités post-catastrophe
Benedetto Terracini et Ursula Ackermann-Liebrich
Problèmes liés aux conditions météorologiques
jean français
Avalanches : dangers et mesures de protection
Gustav Pointtingl
Transport de matières dangereuses : chimiques et radioactives
Donald M.Campbell
Accidents radiologiques
Pierre Verger et Denis Winter
Étude de cas : Que signifie dose ?
Mesures de santé et de sécurité au travail dans les zones agricoles contaminées par des radionucléides : l'expérience de Tchernobyl
Yuri Kundiev, Leonard Dobrovolsky et VI Chernyuk
Étude de cas : L'incendie de l'usine de jouets Kader
Subvention Casey Cavanaugh
Impacts des catastrophes : leçons d'un point de vue médical
José Luis Zeballos
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1. Définitions des types de catastrophes
2. Nombre moyen de victimes sur 25 ans par type et région-déclencheur naturel
3. Nombre moyen de victimes sur 25 ans par type et région - déclencheur non naturel
4. Nombre moyen de victimes sur 25 ans par type de déclencheur naturel (1969-1993)
5. Nombre moyen de victimes sur 25 ans par type de déclencheur non naturel (1969-1993)
6. Déclencheur naturel de 1969 à 1993 : événements sur 25 ans
7. Déclencheur non naturel de 1969 à 1993 : événements sur 25 ans
8. Déclencheur naturel : Nombre par région mondiale et type en 1994
9. Déclencheur non naturel : nombre par région du monde et type en 1994
10. Exemples d'explosions industrielles
11. Exemples d'incendies majeurs
12. Exemples de rejets toxiques majeurs
13. Rôle de la gestion des installations à risques majeurs dans la maîtrise des risques
14. Méthodes de travail pour l'évaluation des dangers
15. Critères de la directive CE pour les installations à risques majeurs
16. Produits chimiques prioritaires utilisés pour identifier les installations à risques majeurs
17. Risques professionnels liés aux conditions météorologiques
18. Radionucléides typiques, avec leurs demi-vies radioactives
19. Comparaison de différents accidents nucléaires
20. Contamination en Ukraine, Biélorussie et Russie après Tchernobyl
21. Contamination strontium-90 après l'accident de Khyshtym (Oural 1957)
22. Sources radioactives impliquant le grand public
23. Principaux accidents impliquant des irradiateurs industriels
24. Registre des accidents radiologiques d'Oak Ridge (États-Unis) (mondial, 1944-88)
25. Schéma d'exposition professionnelle aux rayonnements ionisants dans le monde
26. Effets déterministes : seuils pour certains organes
27. Patients atteints du syndrome d'irradiation aiguë (AIS) après Tchernobyl
28. Études épidémiologiques sur le cancer de l'irradiation externe à haute dose
29. Cancers de la thyroïde chez les enfants en Biélorussie, en Ukraine et en Russie, 1981-94
30. Échelle internationale des incidents nucléaires
31. Mesures de protection génériques pour la population générale
32. Critères pour les zones de contamination
33. Catastrophes majeures en Amérique latine et dans les Caraïbes, 1970-93
34. Pertes dues à six catastrophes naturelles
35. Hôpitaux et lits d'hôpitaux endommagés/détruits par 3 catastrophes majeures
36. Victimes dans 2 hôpitaux effondrés par le tremblement de terre de 1985 au Mexique
37. Lits d'hôpitaux perdus à la suite du tremblement de terre chilien de mars 1985
38. Facteurs de risque de dommages sismiques aux infrastructures hospitalières
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40. Électricité
Éditeur de chapitre : Dominique Folliot
Électricité—Effets physiologiques
Dominique Folliot
Électricité statique
Claude Menguy
Prévention et normes
Renzo Comini
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1. Estimations du taux d'électrocution-1988
2. Relations de base en électrostatique-Collection d'équations
3. Affinités électroniques de polymères sélectionnés
4. Limites inférieures d'inflammabilité typiques
5. Redevance spécifique associée à certaines opérations industrielles
6. Exemples d'équipements sensibles aux décharges électrostatiques
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41. Feu
Éditeur de chapitre : Casey C.Grant
Concepts de base
Dougal Drysdale
Sources de risques d'incendie
Tamás Banky
Mesures de prévention des incendies
Peter F.Johnson
Mesures passives de protection contre l'incendie
Yngve Anderberg
Mesures actives de protection contre l'incendie
Gary Taylor
Organisation pour la protection contre les incendies
S. Dheri
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1. Limites inférieure et supérieure d'inflammabilité dans l'air
2. Points d'éclair et points de feu des combustibles liquides et solides
3. Sources d'allumage
4. Comparaison des concentrations des différents gaz nécessaires à l'inertage
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42. Chaleur et froid
Éditeur de chapitre : Jean-Jacques Vogt
Réponses physiologiques à l'environnement thermique
W.Larry Kenney
Effets du stress thermique et du travail dans la chaleur
Bodil Nielsen
Troubles liés à la chaleur
Tokuo Ogawa
Prévention du stress thermique
Sarah A. Nunneley
La base physique du travail dans la chaleur
Jacques Malchaire
Évaluation du stress thermique et des indices de stress thermique
Kenneth C.Parsons
Étude de cas : Indices de chaleur : formules et définitions
Échange de chaleur à travers les vêtements
Wouter A.Lotens
Environnements froids et travail à froid
Ingvar Holmer, Per-Ola Granberg et Goran Dahlstrom
Prévention du stress dû au froid dans des conditions extérieures extrêmes
Jacques Bittel et Gustave Savourey
Indices et normes de froid
Ingvar Holmer
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1. Concentration d'électrolytes dans le plasma sanguin et la sueur
2. Indice de stress thermique et durées d'exposition admissibles : calculs
3. Interprétation des valeurs de l'indice de stress thermique
4. Valeurs de référence pour les critères de contrainte thermique et de déformation
5. Modèle utilisant la fréquence cardiaque pour évaluer le stress thermique
6. Valeurs de référence WBGT
7. Pratiques de travail pour les environnements chauds
8. Calcul de l'indice SWreq & méthode d'évaluation : équations
9. Description des termes utilisés dans l'ISO 7933 (1989b)
10. Valeurs WBGT pour quatre phases de travail
11. Données de base pour l'évaluation analytique selon ISO 7933
12. Évaluation analytique selon ISO 7933
13. Températures de l'air de divers environnements professionnels froids
14. Durée du stress dû au froid non compensé et réactions associées
15. Indication des effets anticipés d'une exposition au froid léger et sévère
16. Température des tissus corporels et performances physiques humaines
17. Réponses humaines au refroidissement : réactions indicatives à l'hypothermie
18. Recommandations sanitaires pour le personnel exposé au stress du froid
19. Programmes de conditionnement pour les travailleurs exposés au froid
20. Prévention et atténuation du stress dû au froid : stratégies
21. Stratégies et mesures liées à des facteurs et équipements spécifiques
22. Mécanismes généraux d'adaptation au froid
23. Nombre de jours où la température de l'eau est inférieure à 15 ºC
24. Températures de l'air de divers environnements professionnels froids
25. Classification schématique du travail à froid
26. Classification des niveaux de taux métabolique
27. Exemples de valeurs d'isolation de base des vêtements
28. Classification de la résistance thermique au refroidissement des gants
29. Classification de la résistance thermique de contact des gants
30. Indice de refroidissement éolien, température et temps de congélation de la chair exposée
31. Pouvoir refroidissant du vent sur la chair exposée
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43. Heures de travail
Éditeur de chapitre : Pierre Knauth
Heures de travail
Pierre Knauth
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1. Intervalles de temps depuis le début du travail posté jusqu'à trois maladies
2. Travail posté et incidence des troubles cardiovasculaires
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44. Qualité de l'air intérieur
Éditeur de chapitre : Xavier Guardino Sola
Qualité de l'air intérieur : introduction
Xavier Guardino Sola
Nature et sources des contaminants chimiques intérieurs
Derrick Crump
Radon
Maria José Berenguer
Fumée de tabac
Dietrich Hoffmann et Ernst L. Wynder
Règlement sur le tabagisme
Xavier Guardino Sola
Mesure et évaluation des polluants chimiques
M. Gracia Rosell Farras
Contamination biologique
Brian Flannigan
Règlements, recommandations, lignes directrices et normes
Maria José Berenguer
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1. Classification des polluants organiques intérieurs
2. Émission de formaldéhyde à partir d'une variété de matériaux
3. Tttl. composés organiques volatils concs, revêtements de mur/sol
4. Produits de consommation et autres sources de composés organiques volatils
5. Principaux types et concentrations dans le Royaume-Uni urbain
6. Mesures sur le terrain des oxydes d'azote et du monoxyde de carbone
7. Agents toxiques et tumorigènes dans la fumée secondaire de cigarette
8. Agents toxiques et tumorigènes de la fumée de tabac
9. Cotinine urinaire chez les non-fumeurs
10. Méthodologie de prélèvement des échantillons
11. Méthodes de détection des gaz dans l'air intérieur
12. Méthodes utilisées pour l'analyse des polluants chimiques
13. Limites de détection inférieures pour certains gaz
14. Types de champignons pouvant causer une rhinite et/ou de l'asthme
15. Micro-organismes et alvéolite allergique extrinsèque
16. Micro-organismes dans l'air intérieur non industriel et la poussière
17. Normes de qualité de l'air établies par l'US EPA
18. Directives de l'OMS pour les nuisances non cancéreuses et non olfactives
19. Valeurs guides de l'OMS basées sur les effets sensoriels ou la gêne
20. Valeurs de référence pour le radon de trois organisations
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45. Contrôle de l'environnement intérieur
Éditeur de chapitre : Juan Guasch Farras
Contrôle des environnements intérieurs : principes généraux
A. Hernández Calleja
Air intérieur : méthodes de contrôle et de nettoyage
E. Adán Liébana et A. Hernández Calleja
Objectifs et principes de la ventilation générale et par dilution
Emilio Castejon
Critères de ventilation pour les bâtiments non industriels
A. Hernández Calleja
Systèmes de chauffage et de climatisation
F. Ramos Pérez et J. Guasch Farrás
Air intérieur : Ionisation
E. Adán Liébana et J. Guasch Farrás
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1. Les polluants intérieurs les plus courants et leurs sources
2. Exigences de base-système de ventilation à dilution
3. Mesures de contrôle et leurs effets
4. Ajustements à l'environnement de travail et aux effets
5. Efficacité des filtres (norme ASHRAE 52-76)
6. Réactifs utilisés comme absorbants pour les contaminants
7. Niveaux de qualité de l'air intérieur
8. Contamination due aux occupants d'un bâtiment
9. Degré d'occupation des différents bâtiments
10. Contamination due au bâtiment
11. Niveaux de qualité de l'air extérieur
12. Normes proposées pour les facteurs environnementaux
13. Températures de confort thermique (basées sur Fanger)
14. Caractéristiques des ions
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46. Éclairage
Éditeur de chapitre : Juan Guasch Farras
Types de lampes et d'éclairage
Richard Forster
Conditions requises pour le visuel
Fernando Ramos Pérez et Ana Hernández Calleja
Conditions générales d'éclairage
N.Alan Smith
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1. Amélioration de la puissance et de la puissance de certaines lampes à tube fluorescent de 1,500 XNUMX mm
2. Efficacité typique des lampes
3. Système international de codage des lampes (ILCOS) pour certains types de lampes
4. Couleurs et formes courantes des lampes à incandescence et codes ILCOS
5. Types de lampe au sodium haute pression
6. Contrastes de couleurs
7. Facteurs de réflexion de différentes couleurs et matériaux
8. Niveaux recommandés d'éclairement maintenu pour les emplacements/tâches
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47. bruit
Éditeur de chapitre : Alice H.Suter
La nature et les effets du bruit
Alice H.Suter
Mesure du bruit et évaluation de l'exposition
Eduard I. Denisov et German A. Suvorov
Contrôle du bruit d'ingénierie
Dennis P. Driscoll
Programmes de préservation de l'ouïe
Larry H.Royster et Julia Doswell Royster
Normes et réglementations
Alice H.Suter
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1. Limites d'exposition admissibles (PEL) pour l'exposition au bruit, par pays
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48. Rayonnement : Ionisant
Éditeur de chapitre : Robert N. Cherry, Jr.
Introduction
Robert N. Cherry, Jr.
Biologie des rayonnements et effets biologiques
Arthur C.Upton
Sources de rayonnement ionisant
Robert N. Cherry, Jr.
Conception du lieu de travail pour la radioprotection
Gordon M.Lodde
Radioprotection
Robert N. Cherry, Jr.
Planification et gestion des accidents radiologiques
Sydney W. Porter, Jr.
49. Rayonnement, non ionisant
Éditeur de chapitre : Bengt Knave
Champs électriques et magnétiques et résultats pour la santé
Bengt Knave
Le spectre électromagnétique : caractéristiques physiques de base
Kjell Hansson Doux
Rayonnement ultraviolet
David H.Sliney
Rayonnement infrarouge
R.Matthes
Rayonnement lumineux et infrarouge
David H.Sliney
Lasers
David H.Sliney
Champs radiofréquences et micro-ondes
Kjell Hansson Doux
Champs électriques et magnétiques VLF et ELF
Michael H. Repacholi
Champs électriques et magnétiques statiques
Martino Grandolfo
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1. Sources et expositions aux IR
2. Fonction de risque thermique rétinien
3. Limites d'exposition pour les lasers typiques
4. Applications d'équipement utilisant la gamme > 0 à 30 kHz
5. Sources professionnelles d'exposition aux champs magnétiques
6. Effets des courants traversant le corps humain
7. Effets biologiques de diverses plages de densité de courant
8. Limites d'exposition professionnelle - champs électriques/magnétiques
9. Études sur des animaux exposés à des champs électriques statiques
10. Technologies majeures et grands champs magnétiques statiques
11. Recommandations de l'ICNIRP pour les champs magnétiques statiques
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50. Vibrations
Éditeur de chapitre : Michael J. Griffin
Vibration
Michael J. Griffin
Vibration globale du corps
Helmut Seidel et Michael J. Griffin
Vibration transmise à la main
Massimo Bovenzi
Motion Sickness
Alan J. Benson
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1. Activités avec effets néfastes des vibrations globales du corps
2. Mesures préventives contre les vibrations globales du corps
3. Expositions aux vibrations transmises à la main
4. Étapes, échelle d'atelier de Stockholm, syndrome des vibrations main-bras
5. Phénomène de Raynaud et syndrome des vibrations main-bras
6. Valeurs limites de seuil pour les vibrations transmises à la main
7. Directive du Conseil de l'Union européenne : Vibrations transmises à la main (1994)
8. Amplitudes de vibration pour le blanchiment des doigts
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51. La violence
Éditeur de chapitre : Léon J. Warshaw
Violence au travail
Léon J. Warshaw
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1. Taux d'homicides professionnels les plus élevés, lieux de travail américains, 1980-1989
2. Taux les plus élevés d'homicides professionnels Professions aux États-Unis, 1980-1989
3. Facteurs de risque des homicides en milieu de travail
4. Guides des programmes de prévention de la violence au travail
52. Unités d'affichage visuel
Éditeur de chapitre : Diane Berthelette
Vue d’ensemble
Diane Berthelette
Caractéristiques des postes de travail à affichage visuel
Ahmet Çakir
Problèmes oculaires et visuels
Paule Rey et Jean Jacques Meyer
Dangers pour la reproduction - Données expérimentales
Ulf Bergqvist
Effets sur la reproduction - Preuve humaine
Claire Infante-Rivard
Étude de cas : résumé des études sur les résultats de la reproduction
Troubles musculo-squelettiques
Gabrielle Bammer
Problèmes de peau
Mats Berg et Sture Lidén
Aspects psychosociaux du travail sur écran
Michael J. Smith et Pascale Carayon
Aspects ergonomiques de l'interaction homme-ordinateur
Jean Marc Robert
Normes d'ergonomie
Tom FM Stewart
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1. Distribution d'ordinateurs dans diverses régions
2. Fréquence & importance des éléments d'équipement
3. Prévalence des symptômes oculaires
4. Etudes tératologiques chez le rat ou la souris
5. Etudes tératologiques chez le rat ou la souris
6. L'utilisation d'écrans de visualisation comme facteur d'issue défavorable de la grossesse
7. Analyses pour étudier les causes des problèmes musculo-squelettiques
8. Facteurs supposés causer des problèmes musculo-squelettiques
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En matière de chauffage, les besoins d'une personne donnée dépendront de nombreux facteurs. Ils peuvent être classés en deux groupes principaux, ceux liés à l'environnement et ceux liés aux facteurs humains. Parmi ceux liés à l'environnement, on peut citer la géographie (latitude et altitude), le climat, le type d'exposition de l'espace dans lequel se trouve la personne, ou les barrières qui protègent l'espace contre l'environnement extérieur, etc. Parmi les facteurs humains figurent la la consommation d'énergie du travailleur, le rythme de travail ou la quantité d'effort nécessaire pour le travail, les vêtements ou les vêtements utilisés contre le froid et les préférences ou les goûts personnels.
Le besoin de chauffage est saisonnier dans de nombreuses régions, mais cela ne signifie pas que le chauffage est superflu pendant la saison froide. Les conditions environnementales froides affectent la santé, l'efficacité mentale et physique, la précision et peuvent parfois augmenter le risque d'accidents. Le but d'un système de chauffage est de maintenir des conditions thermiques agréables qui préviendront ou minimiseront les effets néfastes sur la santé.
Les caractéristiques physiologiques du corps humain lui permettent de supporter de grandes variations de conditions thermiques. Les êtres humains maintiennent leur équilibre thermique à travers l'hypothalamus, au moyen de récepteurs thermiques dans la peau ; la température corporelle est maintenue entre 36 et 38°C comme le montre la figure 1.
Figure 1. Mécanismes de thermorégulation chez l'homme
Les systèmes de chauffage doivent avoir des mécanismes de contrôle très précis, en particulier dans les cas où les travailleurs effectuent leurs tâches en position assise ou fixe qui ne stimule pas la circulation sanguine vers leurs extrémités. Lorsque le travail effectué permet une certaine mobilité, le contrôle du système peut être un peu moins précis. Enfin, lorsque le travail effectué se déroule dans des conditions anormalement défavorables, comme dans des chambres réfrigérées ou dans des conditions climatiques très froides, des mesures d'accompagnement peuvent être prises pour protéger des tissus particuliers, pour réguler le temps passé dans ces conditions ou pour fournir de la chaleur par des systèmes électriques incorporés dans les vêtements du travailleur.
Définition et description de l'environnement thermique
Une exigence qui peut être exigée de tout système de chauffage ou de climatisation fonctionnant correctement est qu'il doit permettre le contrôle des variables qui définissent l'environnement thermique, dans des limites spécifiées, pour chaque saison de l'année. Ces variables sont
Il a été démontré qu'il existe une relation très simple entre la température de l'air et des surfaces murales d'un espace donné, et les températures qui procurent la même sensation thermique perçue dans une pièce différente. Cette relation peut être exprimée comme
De
Tmanger = température de l'air équivalente pour une sensation thermique donnée
Tdbt = température de l'air mesurée avec un thermomètre à bulbe sec
Tast = température de surface moyenne mesurée des murs.
Par exemple, si dans un espace donné l'air et les murs sont à 20°C, la température équivalente sera de 20°C, et la sensation de chaleur perçue sera la même que dans une pièce où la température moyenne des murs est de 15°C et la température de l'air est de 25°C, car cette pièce aurait la même température équivalente. Du point de vue de la température, la sensation perçue de confort thermique serait la même.
Propriétés de l'air humide
Lors de la mise en œuvre d'un plan de climatisation, trois éléments doivent être pris en considération : l'état thermodynamique de l'air dans l'espace donné, de l'air extérieur et de l'air qui sera fourni à la pièce. Le choix d'un système capable de transformer les propriétés thermodynamiques de l'air fourni à la pièce sera alors basé sur les charges thermiques existantes de chaque composant. Il faut donc connaître les propriétés thermodynamiques de l'air humide. Ils sont les suivants :
Tdbt = la température de bulbe sec, mesurée avec un thermomètre isolé de la chaleur rayonnante
Tdpt = la lecture de la température du point de rosée. C'est la température à laquelle l'air sec non saturé atteint le point de saturation
W = une relation d'humidité qui va de zéro pour l'air sec à Ws pour l'air saturé. Elle s'exprime en kg de vapeur d'eau par kg d'air sec
RH = humidité relative
t* = température thermodynamique avec bulbe humide
v = volume spécifique d'air et de vapeur d'eau (exprimé en unités de m3/kg). C'est l'inverse de la densité
H = enthalpie, kcal/kg d'air sec et vapeur d'eau associée.
Parmi les variables ci-dessus, seules trois sont directement mesurables. Il s'agit de la lecture de la température du bulbe sec, de la lecture de la température du point de rosée et de l'humidité relative. Il existe une quatrième variable mesurable expérimentalement, définie comme la température de bulbe humide. La température de bulbe humide est mesurée avec un thermomètre dont le bulbe a été humidifié et qui est déplacé, typiquement à l'aide d'une élingue, dans de l'air humide non saturé à une vitesse modérée. Cette variable diffère d'une quantité insignifiante de la température thermodynamique avec un bulbe sec (3 %), de sorte qu'elles peuvent toutes deux être utilisées pour des calculs sans trop se tromper.
Schéma psychrométrique
Les propriétés définies dans la section précédente sont fonctionnellement liées et peuvent être représentées sous forme graphique. Cette représentation graphique est appelée diagramme psychrométrique. Il s'agit d'un graphique simplifié dérivé des tables de l'American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE). L'enthalpie et le degré d'humidité sont indiqués sur les coordonnées du diagramme ; les lignes tracées montrent les températures sèches et humides, l'humidité relative et le volume spécifique. Avec le diagramme psychrométrique, connaître deux des variables précitées permet de déduire toutes les propriétés de l'air humide.
Conditions de confort thermique
Le confort thermique se définit comme un état d'esprit qui exprime la satisfaction vis-à-vis de l'environnement thermique. Elle est influencée par des facteurs physiques et physiologiques.
Il est difficile de prescrire des conditions générales à respecter pour le confort thermique car les conditions diffèrent selon les situations de travail ; des conditions différentes pourraient même être exigées pour un même poste de travail lorsqu'il est occupé par des personnes différentes. Une norme technique relative aux conditions thermiques requises pour le confort ne peut s'appliquer à tous les pays en raison des conditions climatiques différentes et de leurs coutumes vestimentaires différentes.
Des études ont été menées auprès de travailleurs effectuant des travaux manuels légers, établissant une série de critères de température, de vitesse et d'humidité qui sont présentés dans le tableau 1 (Bedford et Chrenko 1974).
Tableau 1. Normes proposées pour les facteurs environnementaux
Facteur environnemental |
Norme proposée |
Température de l'air |
21 ° C |
Température radiante moyenne |
21 °C |
Humidité relative |
30-70% |
Vitesse du flux d'air |
0.05–0.1 mètre/seconde |
Gradient de température (de la tête aux pieds) |
≤ 2.5 ° C |
Les facteurs ci-dessus sont interdépendants, nécessitant une température de l'air plus basse dans les cas où il y a un rayonnement thermique élevé et nécessitant une température de l'air plus élevée lorsque la vitesse du flux d'air est également plus élevée.
Généralement, les corrections à effectuer sont les suivantes :
La température de l'air doit être augmentée:
La température de l'air doit être diminuée :
Pour une bonne sensation de confort thermique, la situation la plus souhaitable est celle où la température de l'environnement est légèrement supérieure à la température de l'air et où le flux d'énergie thermique rayonnante est le même dans toutes les directions et n'est pas excessif au-dessus. L'augmentation de la température en fonction de la hauteur doit être minimisée, en gardant les pieds au chaud sans créer trop de charge thermique au-dessus de la tête. Un facteur important qui influe sur la sensation de confort thermique est la vitesse du flux d'air. Il existe des diagrammes qui donnent des vitesses d'air recommandées en fonction de l'activité pratiquée et du type de vêtement utilisé (figure 2).
Figure 2. Zones de confort basées sur les lectures des températures globales et la vitesse des courants d'air
Dans certains pays, il existe des normes pour les températures ambiantes minimales, mais les valeurs optimales n'ont pas encore été établies. En règle générale, la valeur maximale de la température de l'air est de 20 °C. Avec les récentes améliorations techniques, la complexité de la mesure du confort thermique s'est accrue. De nombreux indices sont apparus, dont l'indice de température effective (ET) et l'indice de température effective, corrigé (CET) ; l'indice de surcharge calorique; l'indice de stress thermique (HSI); la température du bulbe humide (WBGT); et l'indice de Fanger des valeurs médianes (IMV), entre autres. L'indice WBGT permet de déterminer les intervalles de repos nécessaires en fonction de l'intensité du travail effectué afin d'éviter le stress thermique dans les conditions de travail. Ceci est discuté plus en détail dans le chapitre Chaleur et froid.
Zone de confort thermique dans un diagramme psychrométrique
La plage sur le diagramme psychrométrique correspondant aux conditions dans lesquelles un adulte perçoit le confort thermique a été soigneusement étudiée et a été définie dans la norme ASHRAE en fonction de la température effective, définie comme la température mesurée avec un thermomètre à bulbe sec dans une pièce uniforme avec 50 pour cent d'humidité relative, où les gens auraient le même échange de chaleur par énergie rayonnante, convection et évaporation qu'ils le feraient avec le niveau d'humidité dans l'environnement local donné. L'échelle de température effective est définie par l'ASHRAE pour un niveau de vêtement de 0.6 clo — clo est une unité d'isolation ; 1 clo correspond à l'isolation apportée par un ensemble normal de vêtements - qui suppose un niveau d'isolation thermique de 0.155 K m2W-1, où K est l'échange de chaleur par conduction mesuré en Watts par mètre carré (W m-2) pour un mouvement d'air de 0.2 ms-1 (au repos), pour une exposition d'une heure à une activité sédentaire choisie de 1 met (unité de métabolisme = 50 Kcal/m2h). Cette zone de confort est illustrée à la figure 2 et peut être utilisée pour les environnements thermiques où la température mesurée par la chaleur rayonnante est approximativement la même que la température mesurée par un thermomètre à bulbe sec et où la vitesse du flux d'air est inférieure à 0.2 ms.-1 pour les personnes vêtues de vêtements légers et exerçant des activités sédentaires.
Formule confort : La méthode Fanger
La méthode développée par PO Fanger est basée sur une formule qui met en relation des variables de température ambiante, température radiante moyenne, vitesse relative du flux d'air, pression de vapeur d'eau dans l'air ambiant, niveau d'activité et résistance thermique des vêtements portés. Un exemple dérivé de la formule de confort est présenté dans le tableau 2, qui peut être utilisé dans des applications pratiques pour obtenir une température de confort en fonction du vêtement porté, du taux métabolique de l'activité exercée et de la vitesse du flux d'air.
Tableau 2. Températures de confort thermique (°C), à 50% d'humidité relative (selon la formule de PO Fanger)
Métabolisme (Watts) |
105 |
|||
Température de rayonnement |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Vêtements (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
30.5 |
29.0 |
27.0 |
|
1.5 |
30.6 |
29.5 |
28.3 |
|
Vêtements (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
26.7 |
24.3 |
22.7 |
|
1.5 |
27.0 |
25.7 |
24.5 |
|
Métabolisme (Watts) |
157 |
|||
Température de rayonnement |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Vêtements (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
23.0 |
20.7 |
18.3 |
|
1.5 |
23.5 |
23.3 |
22.0 |
|
Vêtements (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
16.0 |
14.0 |
11.5 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
15.7 |
|
Métabolisme (Watts) |
210 |
|||
Température de rayonnement |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Vêtements (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
15.0 |
13.0 |
7.4 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
16.0 |
|
Vêtements (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
-1.5 |
-3.0 |
/ |
|
1.5 |
-5.0 |
2.0 |
1.0 |
Systèmes de chauffage
La conception de tout système de chauffage doit être directement liée aux travaux à effectuer et aux caractéristiques du bâtiment où il sera installé. Il est difficile de trouver, dans le cas des bâtiments industriels, des projets où les besoins de chauffage des ouvriers sont pris en compte, souvent parce que les process et les postes de travail restent à définir. Normalement, les systèmes sont conçus avec une plage très libre, en ne considérant que les charges thermiques qui existeront dans le bâtiment et la quantité de chaleur qui doit être fournie pour maintenir une température donnée dans le bâtiment, sans tenir compte de la distribution de chaleur, de la situation des postes de travail et d'autres facteurs similaires moins généraux. Cela entraîne des lacunes dans la conception de certains bâtiments qui se traduisent par des lacunes telles que des points froids, des courants d'air, un nombre insuffisant d'éléments chauffants et d'autres problèmes.
Pour aboutir à un bon système de chauffage lors de la planification d'un bâtiment, voici quelques-unes des considérations à prendre en compte :
Lorsque le chauffage est assuré par des brûleurs sans cheminées d'évacuation, une attention particulière doit être portée à l'inhalation des produits de combustion. Normalement, lorsque les matériaux combustibles chauffent du mazout, du gaz ou du coke, ils produisent du dioxyde de soufre, des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone et d'autres produits de combustion. Il existe des limites d'exposition humaine pour ces composés et elles doivent être contrôlées, en particulier dans les espaces clos où la concentration de ces gaz peut augmenter rapidement et l'efficacité de la réaction de combustion peut diminuer.
La planification d'un système de chauffage implique toujours d'équilibrer diverses considérations, telles qu'un faible coût initial, la flexibilité du service, l'efficacité énergétique et l'applicabilité. Par conséquent, l'utilisation de l'électricité pendant les heures creuses, alors qu'elle pourrait être moins chère, par exemple, pourrait rendre les radiateurs électriques plus rentables. L'utilisation de systèmes chimiques de stockage de chaleur pouvant ensuite être mobilisés lors des pics de consommation (à l'aide de sulfure de sodium par exemple) est une autre option. Il est également possible d'étudier le placement de plusieurs systèmes différents ensemble, en les faisant fonctionner de manière à optimiser les coûts.
L'installation d'appareils de chauffage pouvant fonctionner au gaz ou au mazout est particulièrement intéressante. L'utilisation directe de l'électricité signifie consommer une énergie de premier ordre qui peut s'avérer coûteuse dans de nombreux cas, mais qui peut offrir la flexibilité nécessaire dans certaines circonstances. Les pompes à chaleur et autres systèmes de cogénération qui profitent de la chaleur résiduelle peuvent offrir des solutions qui peuvent être très avantageuses d'un point de vue financier. Le problème de ces systèmes est leur coût initial élevé.
Aujourd'hui, la tendance des systèmes de chauffage et de climatisation est de viser un fonctionnement optimal et des économies d'énergie. Les nouveaux systèmes comprennent donc des capteurs et des commandes répartis dans les espaces à chauffer, obtenant un apport de chaleur uniquement pendant les temps nécessaires pour obtenir le confort thermique. Ces systèmes peuvent économiser jusqu'à 30% des coûts énergétiques de chauffage. La figure 3 montre quelques-uns des systèmes de chauffage disponibles, en indiquant leurs caractéristiques positives et leurs inconvénients.
Figure 3. Caractéristiques des systèmes de chauffage les plus couramment utilisés sur les chantiers
Systèmes de climatisation
L'expérience montre que les environnements industriels proches de la zone de confort pendant les mois d'été augmentent la productivité, ont tendance à enregistrer moins d'accidents, ont un absentéisme plus faible et, en général, contribuent à l'amélioration des relations humaines. Dans le cas des commerces, des hôpitaux et des bâtiments de grandes surfaces, la climatisation a généralement besoin d'être dirigée pour pouvoir apporter un confort thermique lorsque les conditions extérieures l'exigent.
Dans certains environnements industriels où les conditions extérieures sont très sévères, l'objectif des systèmes de chauffage est davantage de fournir suffisamment de chaleur pour prévenir d'éventuels effets néfastes sur la santé que de fournir suffisamment de chaleur pour un environnement thermique confortable. Les facteurs à surveiller attentivement sont l'entretien et la bonne utilisation des équipements de climatisation, en particulier lorsqu'ils sont équipés d'humidificateurs, car ils peuvent devenir des sources de contamination microbienne avec les risques que ces contaminants peuvent présenter pour la santé humaine.
Aujourd'hui, les systèmes de ventilation et de climatisation tendent à couvrir, conjointement et souvent avec la même installation, les besoins de chauffage, de réfrigération et de climatisation de l'air d'un bâtiment. Plusieurs classifications peuvent être utilisées pour les systèmes de réfrigération.
Selon la configuration du système, ils peuvent être classés de la manière suivante :
Selon la couverture qu'ils offrent, ils peuvent être classés de la manière suivante :
Les problèmes qui affectent le plus souvent ces types de systèmes sont un chauffage ou un refroidissement excessif si le système n'est pas ajusté pour répondre aux variations des charges thermiques, ou un manque de ventilation si le système n'introduit pas une quantité minimale d'air extérieur pour renouveler la circulation. l'air intérieur. Cela crée des environnements intérieurs viciés dans lesquels la qualité de l'air se détériore.
Les éléments de base de tous les systèmes de climatisation sont (voir également figure 4) :
Figure 4. Schéma simplifié du système de climatisation
L'ionisation est l'une des techniques utilisées pour éliminer les particules de l'air. Les ions agissent comme des noyaux de condensation pour les petites particules qui, en se collant, croissent et précipitent.
La concentration en ions dans les espaces intérieurs clos est, en règle générale et s'il n'y a pas de sources supplémentaires d'ions, inférieure à celle des espaces ouverts. D'où la conviction que l'augmentation de la concentration d'ions négatifs dans l'air intérieur améliore la qualité de l'air.
Certaines études basées sur des données épidémiologiques et sur des recherches expérimentales planifiées affirment que l'augmentation de la concentration d'ions négatifs dans les environnements de travail entraîne une amélioration de l'efficacité des travailleurs et améliore l'humeur des employés, tandis que les ions positifs ont un effet négatif. Cependant, des études parallèles montrent que les données existantes sur les effets de l'ionisation négative sur la productivité des travailleurs sont incohérentes et contradictoires. Il semble donc qu'il ne soit toujours pas possible d'affirmer sans équivoque que la génération d'ions négatifs est réellement bénéfique.
Ionisation naturelle
Les molécules de gaz individuelles dans l'atmosphère peuvent s'ioniser négativement en gagnant ou positivement en perdant un électron. Pour que cela se produise, une molécule donnée doit d'abord acquérir suffisamment d'énergie - généralement appelée énergie d'ionisation de cette molécule particulière. De nombreuses sources d'énergie, tant d'origine cosmique que terrestre, existent dans la nature et sont capables de produire ce phénomène : rayonnement de fond dans l'atmosphère ; les ondes solaires électromagnétiques (en particulier les ultraviolets), les rayons cosmiques, l'atomisation de liquides tels que les embruns causés par les chutes d'eau, le mouvement de grandes masses d'air à la surface de la terre, les phénomènes électriques tels que la foudre et les orages, le processus de combustion et les substances radioactives .
Les configurations électriques des ions qui se forment de cette manière, bien qu'elles ne soient pas encore complètement connues, semblent inclure les ions de carbonatation et H+H3O+, L'+, N+, OH-H2O- et O2-. Ces molécules ionisées peuvent s'agréger par adsorption sur les particules en suspension (brouillard, silice et autres contaminants). Les ions sont classés selon leur taille et leur mobilité. Ce dernier est défini comme une vitesse dans un champ électrique exprimée comme une unité telle que des centimètres par seconde par une tension par centimètre (cm/s/V/cm), ou, plus compact,
Les ions atmosphériques ont tendance à disparaître par recombinaison. Leur demi-vie dépend de leur taille et est inversement proportionnelle à leur mobilité. Les ions négatifs sont statistiquement plus petits et leur demi-vie est de plusieurs minutes, tandis que les ions positifs sont plus gros et leur demi-vie est d'environ une demi-heure. Le charge spatiale est le quotient de la concentration en ions positifs et de la concentration en ions négatifs. La valeur de cette relation est supérieure à un et dépend de facteurs tels que le climat, le lieu et la saison de l'année. Dans les espaces de vie, ce coefficient peut avoir des valeurs inférieures à un. Les caractéristiques sont données dans le tableau 1.
Tableau 1. Caractéristiques des ions de mobilités et de diamètre donnés
Mobilité (cm2/Contre) |
Diamètre (mm) |
Caractéristiques |
3.0-0.1 |
0.001-0.003 |
Petit, grande mobilité, courte durée de vie |
0.1-0.005 |
0.003-0.03 |
Intermédiaire, plus lent que les petits ions |
0.005-0.002 |
> 0.03 |
Ions lents, agrégats sur particules |
Ionisation artificielle
L'activité humaine modifie l'ionisation naturelle de l'air. L'ionisation artificielle peut être causée par des processus et des incendies industriels et nucléaires. Les particules en suspension dans l'air favorisent la formation d'ions Langevin (ions agrégés sur les particules). Les radiateurs électriques augmentent considérablement la concentration d'ions positifs. Les climatiseurs augmentent également la charge spatiale de l'air intérieur.
Les lieux de travail disposent de machines qui produisent simultanément des ions positifs et négatifs, comme dans le cas des machines qui sont d'importantes sources locales d'énergie mécanique (presses, machines à filer et à tisser), d'énergie électrique (moteurs, imprimantes électroniques, copieurs, lignes et installations à haute tension ), l'énergie électromagnétique (écrans cathodiques, téléviseurs, écrans d'ordinateur) ou l'énergie radioactive (thérapie au cobalt 42). Ces types d'équipements créent des environnements avec des concentrations plus élevées d'ions positifs en raison de la demi-vie plus élevée de ces derniers par rapport aux ions négatifs.
Concentrations environnementales d'ions
Les concentrations d'ions varient selon les conditions environnementales et météorologiques. Dans les zones peu polluées, comme dans les forêts et les montagnes, ou à de grandes altitudes, la concentration de petits ions augmente ; dans les zones proches de sources radioactives, de chutes d'eau ou de rapides, les concentrations peuvent atteindre des milliers de petits ions par centimètre cube. A proximité de la mer et lorsque les niveaux d'humidité sont élevés, par contre, il y a un excès de gros ions. En général, la concentration moyenne d'ions négatifs et positifs dans l'air pur est respectivement de 500 et 600 ions par centimètre cube.
Certains vents peuvent transporter de grandes concentrations d'ions positifs : le Föhn en Suisse, le Santa Ana aux États-Unis, le Sirocco en Afrique du Nord, le Chinook dans les Rocheuses et le Sharav au Moyen-Orient.
Dans les lieux de travail où il n'y a pas de facteurs ionisants significatifs, il y a souvent une accumulation de gros ions. Cela est particulièrement vrai, par exemple, dans les endroits hermétiquement fermés et dans les mines. La concentration d'ions négatifs diminue considérablement dans les espaces intérieurs et dans les zones contaminées ou poussiéreuses. Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles la concentration d'ions négatifs diminue également dans les espaces intérieurs équipés de systèmes de climatisation. L'une des raisons est que les ions négatifs restent piégés dans les conduits d'air et les filtres à air ou sont attirés par les surfaces chargées positivement. Les écrans cathodiques et les écrans d'ordinateur, par exemple, sont chargés positivement, créant dans leur voisinage immédiat un microclimat déficient en ions négatifs. Les systèmes de filtration d'air conçus pour les "salles blanches" qui exigent que les niveaux de contamination par des particules soient maintenus à un minimum très bas semblent également éliminer les ions négatifs.
D'autre part, un excès d'humidité condense les ions, tandis qu'un manque d'humidité crée des environnements secs avec de grandes quantités de charges électrostatiques. Ces charges électrostatiques s'accumulent dans les fibres plastiques et synthétiques, aussi bien dans la pièce que sur les personnes.
Générateurs d'ions
Les générateurs ionisent l'air en délivrant une grande quantité d'énergie. Cette énergie peut provenir d'une source de rayonnement alpha (telle que le tritium) ou d'une source d'électricité par l'application d'une haute tension à une électrode pointue. Les sources radioactives sont interdites dans la plupart des pays en raison des problèmes secondaires de radioactivité.
Les générateurs électriques sont constitués d'une électrode pointue entourée d'une couronne ; l'électrode est alimentée par une tension négative de milliers de volts et la couronne est mise à la terre. Les ions négatifs sont expulsés tandis que les ions positifs sont attirés vers le générateur. La quantité d'ions négatifs générés augmente proportionnellement à la tension appliquée et au nombre d'électrodes qu'elle contient. Les générateurs qui ont un plus grand nombre d'électrodes et utilisent une tension plus faible sont plus sûrs, car lorsque la tension dépasse 8,000 10,000 à XNUMX XNUMX volts, le générateur produira non seulement des ions, mais aussi de l'ozone et certains oxydes d'azote. La dissémination des ions est réalisée par répulsion électrostatique.
La migration des ions dépendra de l'alignement du champ magnétique généré entre le point d'émission et les objets qui l'entourent. La concentration d'ions entourant les générateurs n'est pas homogène et diminue fortement à mesure que l'on s'éloigne de ceux-ci. Les ventilateurs installés dans cet équipement augmenteront la zone de dispersion ionique. Il est important de se rappeler que les éléments actifs des générateurs doivent être nettoyés périodiquement pour assurer un bon fonctionnement.
Les générateurs peuvent également être basés sur l'atomisation de l'eau, sur des effets thermoélectriques ou sur des rayons ultraviolets. Il existe de nombreux types et tailles de générateurs différents. Ils peuvent être installés sur les plafonds et les murs ou peuvent être placés n'importe où s'ils sont du type petit et portable.
Mesurer les ions
Les dispositifs de mesure d'ions sont fabriqués en plaçant deux plaques conductrices à 0.75 cm l'une de l'autre et en appliquant une tension variable. Les ions collectés sont mesurés par un picoampèremètre et l'intensité du courant est enregistrée. Des tensions variables permettent de mesurer des concentrations d'ions de mobilités différentes. La concentration d'ions (N) est calculé à partir de l'intensité du courant électrique généré selon la formule suivante :
De I est le courant en ampères, V est la vitesse du flux d'air, q est la charge d'un ion univalent (1.6x10-19) à Coulombs et A est la surface effective des plaques collectrices. On suppose que tous les ions ont une seule charge et qu'ils sont tous retenus dans le collecteur. Il convient de garder à l'esprit que cette méthode a ses limites en raison du courant de fond et de l'influence d'autres facteurs tels que l'humidité et les champs d'électricité statique.
Les effets des ions sur le corps
Les petits ions négatifs sont ceux qui sont censés avoir le plus grand effet biologique en raison de leur plus grande mobilité. Des concentrations élevées d'ions négatifs peuvent tuer ou bloquer la croissance d'agents pathogènes microscopiques, mais aucun effet indésirable sur l'homme n'a été décrit.
Certaines études suggèrent que l'exposition à de fortes concentrations d'ions négatifs produit des changements biochimiques et physiologiques chez certaines personnes qui ont un effet relaxant, réduisent la tension et les maux de tête, améliorent la vigilance et réduisent le temps de réaction. Ces effets pourraient être dus à la suppression de l'hormone neurale sérotonine (5-HT) et de l'histamine dans des environnements chargés d'ions négatifs ; ces facteurs pourraient affecter un segment hypersensible de la population. Cependant, d'autres études parviennent à des conclusions différentes sur les effets des ions négatifs sur le corps. Par conséquent, les avantages de l'ionisation négative sont encore sujets à débat et une étude plus approfondie est nécessaire avant que la question ne soit tranchée.
Une lampe est un convertisseur d'énergie. Bien qu'il puisse remplir des fonctions secondaires, sa vocation première est la transformation de l'énergie électrique en rayonnement électromagnétique visible. Il existe de nombreuses façons de créer de la lumière. La méthode standard pour créer un éclairage général est la conversion de l'énergie électrique en lumière.
Types de lumière
Incandescence
Lorsque les solides et les liquides sont chauffés, ils émettent un rayonnement visible à des températures supérieures à 1,000 XNUMX K ; c'est ce qu'on appelle l'incandescence.
Un tel chauffage est à la base de la génération de lumière dans les lampes à incandescence : un courant électrique traverse un fin fil de tungstène, dont la température s'élève à environ 2,500 3,200 à XNUMX XNUMX K, selon le type de lampe et son application.
Il y a une limite à cette méthode, qui est décrite par la loi de Planck pour les performances d'un radiateur à corps noir, selon laquelle la répartition spectrale de l'énergie rayonnée augmente avec la température. À environ 3,600 2,700 K et plus, il y a un gain marqué d'émission de rayonnement visible et la longueur d'onde de puissance maximale se décale dans la bande visible. Cette température est proche du point de fusion du tungstène, qui est utilisé pour le filament, la température limite pratique est donc d'environ XNUMX XNUMX K, au-dessus de laquelle l'évaporation du filament devient excessive. Une des conséquences de ces décalages spectraux est qu'une grande partie du rayonnement émis n'est pas émise sous forme de lumière mais sous forme de chaleur dans le domaine infrarouge. Les lampes à incandescence peuvent donc être des dispositifs de chauffage efficaces et sont utilisées dans des lampes conçues pour le séchage des impressions, la préparation des aliments et l'élevage des animaux.
Décharge électrique
La décharge électrique est une technique utilisée dans les sources lumineuses modernes pour le commerce et l'industrie en raison de la production plus efficace de lumière. Certains types de lampes combinent la décharge électrique avec la photoluminescence.
Un courant électrique traversant un gaz excitera les atomes et les molécules pour émettre un rayonnement d'un spectre caractéristique des éléments présents. Deux métaux sont couramment utilisés, le sodium et le mercure, car leurs caractéristiques donnent des rayonnements utiles dans le spectre visible. Aucun des deux métaux n'émet de spectre continu et les lampes à décharge ont des spectres sélectifs. Leur rendu des couleurs ne sera jamais identique aux spectres continus. Les lampes à décharge sont souvent classées comme haute pression ou basse pression, bien que ces termes ne soient que relatifs, et une lampe au sodium haute pression fonctionne en dessous d'une atmosphère.
Types de luminescence
Photoluminescence se produit lorsque le rayonnement est absorbé par un solide et est ensuite réémis à une longueur d'onde différente. Lorsque le rayonnement réémis se situe dans le spectre visible, le processus est appelé fluorescence or phosphorescence.
Electroluminescence se produit lorsque la lumière est générée par un courant électrique traversant certains solides, tels que les matériaux phosphoreux. Il est utilisé pour les enseignes auto-éclairantes et les tableaux de bord mais ne s'est pas avéré être une source lumineuse pratique pour l'éclairage des bâtiments ou des extérieurs.
Évolution des lampes électriques
Bien que le progrès technologique ait permis de produire différentes lampes, les principaux facteurs qui ont influencé leur développement ont été les forces extérieures du marché. Par exemple, la production de lampes à incandescence utilisées au début de ce siècle n'a été possible qu'après la disponibilité de bonnes pompes à vide et le tréfilage du fil de tungstène. Cependant, ce sont la production et la distribution à grande échelle d'électricité pour répondre à la demande d'éclairage électrique qui ont déterminé la croissance du marché. L'éclairage électrique offrait de nombreux avantages par rapport à l'éclairage au gaz ou au mazout, tels qu'une lumière stable nécessitant un entretien peu fréquent ainsi qu'une sécurité accrue en l'absence de flamme exposée et d'absence de sous-produits locaux de combustion.
Pendant la période de reprise après la Seconde Guerre mondiale, l'accent a été mis sur la productivité. La lampe tubulaire fluorescente est devenue la source lumineuse dominante car elle a rendu possible l'éclairage sans ombre et relativement sans chaleur des usines et des bureaux, permettant une utilisation maximale de l'espace. Les exigences de rendement lumineux et de puissance pour une lampe tubulaire fluorescente typique de 1,500 1 mm sont indiquées dans le tableau XNUMX.
Tableau 1. Rendement lumineux amélioré et exigences de puissance de certaines lampes à tube fluorescent typiques de 1,500 XNUMX mm
Classement (W) |
Diamètre (mm) |
Remplissage de gaz |
Flux lumineux (lumens) |
80 |
38 |
argon |
4,800 |
65 |
38 |
argon |
4,900 |
58 |
25 |
krypton |
5,100 |
50 |
25 |
argon |
5,100 |
Dans les années 1970, les prix du pétrole ont augmenté et les coûts énergétiques sont devenus une part importante des coûts d'exploitation. Les lampes fluorescentes produisant la même quantité de lumière avec une consommation électrique moindre étaient demandées par le marché. La conception de la lampe a été raffinée de plusieurs manières. À la fin du siècle, on assiste à une prise de conscience croissante des problèmes environnementaux mondiaux. Une meilleure utilisation des matières premières en déclin, le recyclage ou l'élimination sûre des produits et les préoccupations persistantes concernant la consommation d'énergie (en particulier l'énergie générée à partir de combustibles fossiles) ont un impact sur les conceptions actuelles des lampes.
Critère de performance
Les critères de performance varient selon l'application. En général, il n'y a pas de hiérarchie particulière d'importance de ces critères.
Sortie de la lumière: Le flux lumineux d'une lampe déterminera son adéquation par rapport à l'échelle de l'installation et à la quantité d'éclairement nécessaire.
Aspect des couleurs et rendu des couleurs: Des échelles et des valeurs numériques distinctes s'appliquent à l'apparence et au rendu des couleurs. Il est important de se rappeler que les chiffres ne sont fournis qu'à titre indicatif et que certains ne sont que des approximations. Dans la mesure du possible, les évaluations d'adéquation doivent être faites avec des lampes réelles et avec les couleurs ou les matériaux qui s'appliquent à la situation.
Vie de la lampe: La plupart des lampes devront être remplacées plusieurs fois au cours de la durée de vie de l'installation d'éclairage, et les concepteurs doivent minimiser les inconvénients pour les occupants des pannes et de l'entretien. Les lampes sont utilisées dans une grande variété d'applications. La durée de vie moyenne prévue est souvent un compromis entre coût et performance. Par exemple, la lampe d'un projecteur de diapositives aura une durée de vie de quelques centaines d'heures car le rendement lumineux maximal est important pour la qualité de l'image. En revanche, certaines lampes d'éclairage de voirie peuvent être changées tous les deux ans, ce qui représente environ 8,000 XNUMX heures de fonctionnement.
De plus, la durée de vie de la lampe est affectée par les conditions de fonctionnement, et il n'y a donc pas de chiffre simple qui s'appliquera dans toutes les conditions. En outre, la durée de vie effective de la lampe peut être déterminée par différents modes de défaillance. Une défaillance physique telle qu'une rupture de filament ou de lampe peut être précédée d'une réduction de la puissance lumineuse ou de changements d'apparence des couleurs. La durée de vie de la lampe est affectée par les conditions environnementales externes telles que la température, les vibrations, la fréquence de démarrage, les fluctuations de la tension d'alimentation, l'orientation, etc.
Il convient de noter que la durée de vie moyenne indiquée pour un type de lampe est le temps pour 50 % de défaillances d'un lot de lampes de test. Cette définition de la durée de vie ne s'appliquera probablement pas à de nombreuses installations commerciales ou industrielles ; ainsi, la durée de vie pratique de la lampe est généralement inférieure aux valeurs publiées, qui ne doivent être utilisées qu'à titre de comparaison.
Efficacité: En règle générale, l'efficacité d'un type de lampe donné s'améliore à mesure que la puissance nominale augmente, car la plupart des lampes ont une perte fixe. Cependant, différents types de lampes ont une variation marquée de l'efficacité. Les lampes les plus efficaces doivent être utilisées, à condition que les critères de taille, de couleur et de durée de vie soient également respectés. Les économies d'énergie ne doivent pas se faire au détriment du confort visuel ou de la capacité de performance des occupants. Quelques efficacités typiques sont données dans le tableau 2.
Tableau 2. Efficacité typique des lampes
Efficacité des lampes |
|
Lampe à incandescence 100 W |
14 lumens/watt |
Tube fluorescent 58 W |
89 lumens/watt |
Sodium haute pression 400 W |
125 lumens/watt |
131 W sodium basse pression |
198 lumens/watt |
Principaux types de lampes
Au fil des ans, plusieurs systèmes de nomenclature ont été élaborés par des normes et des registres nationaux et internationaux.
En 1993, la Commission électrotechnique internationale (CEI) a publié un nouveau système international de codage des lampes (ILCOS) destiné à remplacer les systèmes de codage nationaux et régionaux existants. Une liste de certains codes abrégés ILCOS pour diverses lampes est donnée dans le tableau 3.
Tableau 3. Système de codage abrégé du système international de codage des lampes (ILCOS) pour certains types de lampes
Genre (code) |
Notes courantes (watts) |
Rendu des couleurs |
Température de couleur (K) |
Durée de vie (heures) |
Lampes fluocompactes (FS) |
5-55 |
Bien |
2,700-5,000 |
5,000-10,000 |
Lampes au mercure à haute pression (QE) |
80-750 |
juste |
3,300-3,800 |
20,000 |
Lampes sodium haute pression (S-) |
50-1,000 |
médiocre à bon |
2,000-2,500 |
6,000-24,000 |
Lampes à incandescence (I) |
5-500 |
Bien |
2,700 |
1,000-3,000 |
Lampes à induction (XF) |
23-85 |
Bien |
3,000-4,000 |
10,000-60,000 |
Lampes sodium basse pression (LS) |
26-180 |
couleur jaune monochromatique |
1,800 |
16,000 |
Lampes tungstène halogène basse tension (HS) |
12-100 |
Bien |
3,000 |
2,000-5,000 |
Lampes aux halogénures métalliques (M-) |
35-2,000 |
bon à excellent |
3,000-5,000 |
6,000-20,000 |
Lampes fluorescentes tubulaires (FD) |
4-100 |
passable à bon |
2,700-6,500 |
10,000-15,000 |
Lampes halogènes au tungstène (HS) |
100-2,000 |
Bien |
3,000 |
2,000-4,000 |
Lampes incandescentes
Ces lampes utilisent un filament de tungstène dans un gaz inerte ou sous vide avec une enveloppe en verre. Le gaz inerte supprime l'évaporation du tungstène et diminue le noircissement de l'enveloppe. Il existe une grande variété de formes de lampes, qui sont en grande partie décoratives. La construction d'une lampe typique du service d'éclairage général (GLS) est donnée à la figure 1.
Figure 1. Construction d'une lampe GLS
Les lampes à incandescence sont également disponibles dans une large gamme de couleurs et de finitions. Les codes ILCOS et certaines formes typiques incluent ceux indiqués dans le tableau 4.
Tableau 4. Couleurs et formes courantes des lampes à incandescence, avec leurs codes ILCOS
Couleur/Forme |
Code |
Tansparent |
/C |
Givré |
/F |
Blanc |
/W |
Rouge |
/R |
Bleu |
/B |
Vert |
/G |
Jaune |
/Y |
En forme de poire (GLS) |
IA |
Massage à la bougie |
IB |
Conique |
IC |
Globulaire |
IG |
Mushroom |
IM |
Les lampes à incandescence sont toujours populaires pour l'éclairage domestique en raison de leur faible coût et de leur taille compacte. Cependant, pour l'éclairage commercial et industriel, la faible efficacité génère des coûts d'exploitation très élevés, de sorte que les lampes à décharge sont le choix normal. Une lampe de 100 W a une efficacité typique de 14 lumens/watt contre 96 lumens/watt pour une lampe fluorescente de 36 W.
Les lampes à incandescence sont simples à atténuer en réduisant la tension d'alimentation et sont toujours utilisées lorsque la gradation est une fonction de contrôle souhaitée.
Le filament de tungstène est une source lumineuse compacte, facilement focalisée par des réflecteurs ou des lentilles. Les lampes à incandescence sont utiles pour l'éclairage des écrans lorsqu'un contrôle directionnel est nécessaire.
Lampes halogènes au tungstène
Celles-ci sont similaires aux lampes à incandescence et produisent de la lumière de la même manière à partir d'un filament de tungstène. Cependant, l'ampoule contient un gaz halogène (brome ou iode) qui est actif dans le contrôle de l'évaporation du tungstène. Voir figure 2.
Figure 2. Le cycle halogène
Le principe fondamental du cycle halogène est une température minimale de la paroi de l'ampoule de 250 °C pour garantir que l'halogénure de tungstène reste à l'état gazeux et ne se condense pas sur la paroi de l'ampoule. Cette température signifie des ampoules en quartz à la place du verre. Avec le quartz, il est possible de réduire la taille de l'ampoule.
La plupart des lampes halogènes au tungstène ont une durée de vie améliorée par rapport aux équivalents incandescents et le filament est à une température plus élevée, créant plus de lumière et une couleur plus blanche.
Les lampes halogènes au tungstène sont devenues populaires là où la petite taille et les hautes performances sont la principale exigence. Des exemples typiques sont l'éclairage de scène, y compris le cinéma et la télévision, où le contrôle directionnel et la gradation sont des exigences courantes.
Lampes halogènes au tungstène basse tension
Ceux-ci ont été initialement conçus pour les projecteurs de diapositives et de films. À 12 V, le filament pour la même puissance que 230 V devient plus petit et plus épais. Cela peut être focalisé plus efficacement, et la plus grande masse de filament permet une température de fonctionnement plus élevée, augmentant le rendement lumineux. Le filament épais est plus robuste. Ces avantages ont été réalisés comme étant utiles pour le marché de l'affichage commercial, et même s'il est nécessaire d'avoir un transformateur abaisseur, ces lampes dominent maintenant l'éclairage des vitrines. Voir figure 3.
Figure 3. Lampe à réflecteur dichroïque basse tension
Bien que les utilisateurs de projecteurs de film veuillent autant de lumière que possible, trop de chaleur endommage le support transparent. Un type spécial de réflecteur a été développé, qui reflète uniquement le rayonnement visible, permettant au rayonnement infrarouge (chaleur) de passer à travers l'arrière de la lampe. Cette fonctionnalité fait désormais partie de nombreuses lampes à réflecteur basse tension pour l'éclairage des écrans ainsi que des équipements de projection.
Sensibilité à la tension: Toutes les lampes à incandescence sont sensibles aux variations de tension, et le rendement lumineux et la durée de vie sont affectés. La démarche « d'harmonisation » de la tension d'alimentation en 230 V dans toute l'Europe passe par l'élargissement des tolérances auxquelles les autorités productrices peuvent opérer. Le mouvement est vers ± 10%, ce qui correspond à une plage de tension de 207 à 253 V. Les lampes halogènes à incandescence et au tungstène ne peuvent pas fonctionner raisonnablement sur cette plage, il sera donc nécessaire de faire correspondre la tension d'alimentation réelle aux valeurs nominales de la lampe. Voir figure 4.
Figure 4. Lampes à incandescence GLS et tension d'alimentation
Les lampes à décharge seront également affectées par cette large variation de tension, de sorte que la spécification correcte du ballast devient importante.
Lampes fluorescentes tubulaires
Ce sont des lampes au mercure à basse pression et sont disponibles en versions « cathode chaude » et « cathode froide ». Le premier est le tube fluorescent classique pour les bureaux et les usines ; « cathode chaude » concerne l'amorçage de la lampe en préchauffant les électrodes pour créer une ionisation suffisante du gaz et de la vapeur de mercure pour établir la décharge.
Les lampes à cathode froide sont principalement utilisées pour la signalisation et la publicité. Voir figure 5.
Figure 5. Principe de la lampe fluorescente
Les lampes fluorescentes nécessitent un appareillage de commande externe pour démarrer et contrôler le courant de la lampe. En plus de la faible quantité de vapeur de mercure, il existe un gaz d'amorçage (argon ou krypton).
La basse pression de mercure génère une décharge de lumière bleu pâle. La majeure partie du rayonnement se situe dans la région UV à 254 nm, une fréquence de rayonnement caractéristique du mercure. À l'intérieur de la paroi du tube se trouve un mince revêtement de phosphore, qui absorbe les UV et rayonne l'énergie sous forme de lumière visible. La qualité de la couleur de la lumière est déterminée par le revêtement de phosphore. Une gamme de luminophores est disponible avec une apparence de couleur et un rendu des couleurs variables.
Au cours des années 1950, les luminophores disponibles offraient le choix d'une efficacité raisonnable (60 lumens/watt) avec une lumière déficiente en rouges et bleus, ou un rendu des couleurs amélioré à partir de luminophores "de luxe" d'efficacité inférieure (40 lumens/watt).
Dans les années 1970, de nouveaux luminophores à bande étroite avaient été développés. Celles-ci rayonnaient séparément de la lumière rouge, bleue et verte mais, combinées, produisaient de la lumière blanche. L'ajustement des proportions a donné une gamme d'apparences de couleurs différentes, toutes avec un excellent rendu des couleurs similaire. Ces tri-phosphores sont plus efficaces que les types précédents et représentent la meilleure solution d'éclairage économique, même si les lampes sont plus chères. L'efficacité améliorée réduit les coûts d'exploitation et d'installation.
Le principe tri-phosphore a été étendu aux lampes multi-phosphores lorsqu'un rendu critique des couleurs est nécessaire, comme pour les galeries d'art et la correspondance des couleurs industrielle.
Les luminophores modernes à bande étroite sont plus durables, ont un meilleur maintien du flux lumineux et augmentent la durée de vie de la lampe.
Lampes fluocompactes
Le tube fluorescent n'est pas un remplacement pratique de la lampe à incandescence en raison de sa forme linéaire. De petits tubes à alésage étroit peuvent être configurés à peu près de la même taille que la lampe à incandescence, mais cela impose une charge électrique beaucoup plus élevée sur le matériau luminophore. L'utilisation de tri-phosphores est essentielle pour obtenir une durée de vie acceptable de la lampe. Voir figure 6.
Figure 6. Fluocompacte à quatre pattes
Toutes les lampes fluorescentes compactes utilisent des tri-phosphores, donc, lorsqu'elles sont utilisées avec des lampes fluorescentes linéaires, ces dernières doivent également être tri-phosphores pour assurer la cohérence des couleurs.
Certaines lampes compactes incluent le dispositif de commande de fonctionnement pour former des dispositifs de rattrapage pour lampes à incandescence. La gamme s'élargit et permet une mise à niveau facile des installations existantes vers un éclairage plus économe en énergie. Ces unités intégrales ne conviennent pas à la gradation là où cela faisait partie des commandes d'origine.
Ballast électronique haute fréquence: Si la fréquence normale d'alimentation de 50 ou 60 Hz est augmentée à 30 kHz, on obtient un gain de 10 % sur l'efficacité des tubes fluorescents. Les circuits électroniques peuvent faire fonctionner des lampes individuelles à de telles fréquences. Le circuit électronique est conçu pour fournir le même rendement lumineux qu'un appareillage bobiné, à partir d'une puissance de lampe réduite. Cela offre une compatibilité du flux lumineux avec l'avantage qu'une charge réduite de la lampe augmentera considérablement la durée de vie de la lampe. Les ballasts électroniques sont capables de fonctionner sur une plage de tensions d'alimentation.
Il n'y a pas de norme commune pour les ballasts électroniques et les performances des lampes peuvent différer des informations publiées par les fabricants de lampes.
L'utilisation d'équipements électroniques à haute fréquence supprime le problème normal de scintillement, auquel certains occupants peuvent être sensibles.
Lampes à induction
Des lampes utilisant le principe de l'induction sont apparues récemment sur le marché. Ce sont des lampes au mercure à basse pression avec un revêtement tri-phosphore et, en tant que producteurs de lumière, elles sont similaires aux lampes fluorescentes. L'énergie est transférée à la lampe par rayonnement à haute fréquence, à environ 2.5 MHz à partir d'une antenne positionnée au centre de la lampe. Il n'y a pas de connexion physique entre l'ampoule de la lampe et la bobine. Sans électrodes ou autres connexions filaires, la construction de l'enceinte de décharge est plus simple et plus durable. La durée de vie de la lampe est principalement déterminée par la fiabilité des composants électroniques et le maintien du flux lumineux du revêtement de phosphore.
Lampes au mercure à haute pression
Les décharges à haute pression sont plus compactes et ont des charges électriques plus élevées ; par conséquent, ils nécessitent des tubes à arc en quartz pour résister à la pression et à la température. Le tube à arc est contenu dans une enveloppe extérieure en verre avec une atmosphère d'azote ou d'argon-azote pour réduire l'oxydation et la formation d'arcs. L'ampoule filtre efficacement le rayonnement UV du tube à arc. Voir figure 7.
Figure 7. Construction de la lampe au mercure
A haute pression, la décharge de mercure est principalement un rayonnement bleu et vert. Pour améliorer la couleur, un revêtement de phosphore de l'ampoule extérieure ajoute de la lumière rouge. Il existe des versions de luxe avec une teneur en rouge accrue, qui donnent un rendement lumineux plus élevé et un meilleur rendu des couleurs.
Toutes les lampes à décharge à haute pression mettent du temps à atteindre leur pleine puissance. La décharge initiale se fait via le remplissage de gaz conducteur et le métal s'évapore à mesure que la température de la lampe augmente.
À la pression stable, la lampe ne redémarrera pas immédiatement sans équipement de commande spécial. Il y a un délai pendant lequel la lampe refroidit suffisamment et la pression diminue, de sorte que la tension d'alimentation normale ou le circuit d'allumage est suffisant pour rétablir l'arc.
Les lampes à décharge ont une caractéristique de résistance négative, et donc le dispositif de commande externe est nécessaire pour contrôler le courant. Il y a des pertes dues à ces composants d'appareillage de commande, l'utilisateur doit donc tenir compte des watts totaux lors de l'examen des coûts d'exploitation et de l'installation électrique. Il existe une exception pour les lampes à mercure à haute pression, et un type contient un filament de tungstène qui agit à la fois comme dispositif de limitation de courant et ajoute des couleurs chaudes à la décharge bleu/vert. Cela permet le remplacement direct des lampes à incandescence.
Bien que les lampes au mercure aient une longue durée de vie d'environ 20,000 55 heures, le rendement lumineux tombera à environ XNUMX % du rendement initial à la fin de cette période, et par conséquent la durée de vie économique peut être plus courte.
Lampes aux halogénures métalliques
La couleur et le rendement lumineux des lampes à décharge au mercure peuvent être améliorés en ajoutant différents métaux à l'arc au mercure. Pour chaque lampe, la dose est faible et, pour une application précise, il est plus pratique de manipuler les métaux sous forme de poudre sous forme d'halogénures. Cela se décompose lorsque la lampe se réchauffe et libère le métal.
Une lampe aux halogénures métalliques peut utiliser un certain nombre de métaux différents, chacun dégageant une couleur caractéristique spécifique. Ceux-ci inclus:
Il n'y a pas de mélange standard de métaux, de sorte que les lampes aux halogénures métalliques de différents fabricants peuvent ne pas être compatibles en termes d'apparence ou de performances de fonctionnement. Pour les lampes avec les puissances nominales inférieures, de 35 à 150 W, il existe une compatibilité physique et électrique plus étroite avec une norme commune.
Les lampes aux halogénures métalliques nécessitent un appareillage de commande, mais le manque de compatibilité signifie qu'il est nécessaire d'adapter chaque combinaison de lampe et d'appareillage pour garantir des conditions de démarrage et de fonctionnement correctes.
Lampes au sodium basse pression
Le tube à arc est de taille similaire au tube fluorescent mais est fait de verre spécial avec un revêtement intérieur résistant au sodium. Le tube à arc est formé en forme de « U » étroit et est contenu dans une enveloppe extérieure sous vide pour assurer la stabilité thermique. Lors du démarrage, les lampes ont une forte lueur rouge provenant du remplissage de gaz néon.
Le rayonnement caractéristique de la vapeur de sodium à basse pression est un jaune monochromatique. C'est proche de la sensibilité maximale de l'œil humain, et les lampes au sodium à basse pression sont les lampes les plus efficaces disponibles à près de 200 lumens/watt. Cependant, les applications sont limitées aux endroits où la discrimination des couleurs n'a pas d'importance visuelle, comme les routes principales et les passages souterrains, et les rues résidentielles.
Dans de nombreuses situations, ces lampes sont remplacées par des lampes au sodium à haute pression. Leur petite taille offre un meilleur contrôle optique, en particulier pour l'éclairage des chaussées où l'on s'inquiète de plus en plus de la lueur excessive du ciel.
Lampes au sodium haute pression
Ces lampes sont similaires aux lampes au mercure à haute pression mais offrent une meilleure efficacité (plus de 100 lumens/watt) et un excellent maintien du flux lumineux. Le caractère réactif du sodium impose de fabriquer le tube à arc en alumine polycristalline translucide, le verre ou le quartz ne convenant pas. L'ampoule extérieure en verre contient un vide pour éviter la formation d'arc et l'oxydation. Il n'y a pas de rayonnement UV provenant de la décharge de sodium, de sorte que les revêtements de phosphore n'ont aucune valeur. Certaines ampoules sont dépolies ou enrobées pour diffuser la source lumineuse. Voir figure 8.
Figure 8. Construction de la lampe au sodium haute pression
Au fur et à mesure que la pression de sodium augmente, le rayonnement devient une large bande autour du pic jaune et l'apparence est d'un blanc doré. Cependant, à mesure que la pression augmente, l'efficacité diminue. Il existe actuellement trois types distincts de lampes au sodium à haute pression disponibles, comme indiqué dans le tableau 5.
Tableau 5. Types de lampes au sodium haute pression
Type de lampe (code) |
Couleur (K) |
Efficacité (lumens/watt) |
Durée de vie (heures) |
Standard |
2,000 |
110 |
24,000 |
deluxe |
2,200 |
80 |
14,000 |
Blanc (FILS) |
2,500 |
50 |
Généralement, les lampes standard sont utilisées pour l'éclairage extérieur, les lampes de luxe pour les intérieurs industriels et les White SON pour les applications commerciales/d'affichage.
Gradation des lampes à décharge
Les lampes à haute pression ne peuvent pas être atténuées de manière satisfaisante, car la modification de la puissance de la lampe modifie la pression et donc les caractéristiques fondamentales de la lampe.
Les lampes fluorescentes peuvent être atténuées à l'aide d'alimentations haute fréquence générées généralement dans le dispositif de commande électronique. L'aspect de la couleur reste très constant. De plus, le rendement lumineux est approximativement proportionnel à la puissance de la lampe, avec une économie d'énergie électrique conséquente lorsque le rendement lumineux est réduit. En intégrant la sortie de lumière de la lampe avec le niveau dominant de lumière naturelle du jour, un niveau d'éclairement presque constant peut être fourni dans un intérieur.
L'être humain possède une extraordinaire capacité d'adaptation à son environnement et à son environnement immédiat. De tous les types d'énergie que les humains peuvent utiliser, la lumière est la plus importante. La lumière est un élément clé de notre capacité à voir, et il est nécessaire d'apprécier la forme, la couleur et la perspective des objets qui nous entourent dans notre vie quotidienne. La plupart des informations que nous obtenons par nos sens nous les obtenons par la vue, soit près de 80 %. Très souvent, et parce que nous sommes tellement habitués à l'avoir à disposition, nous le tenons pour acquis. Nous ne devons cependant pas oublier que des aspects du bien-être humain, comme notre état d'esprit ou notre niveau de fatigue, sont affectés par l'illumination et la couleur des choses qui nous entourent. Du point de vue de la sécurité au travail, la capacité visuelle et le confort visuel sont extrêmement importants. En effet, de nombreux accidents sont dus, entre autres, à des défauts d'éclairage ou à des erreurs commises par le travailleur parce qu'il a du mal à identifier les objets ou les risques associés aux machines, aux moyens de transport, aux contenants dangereux, etc.
Les troubles visuels associés à des déficiences du système d'éclairage sont fréquents sur le lieu de travail. En raison de la capacité de la vue à s'adapter à des situations d'éclairage déficient, ces aspects ne sont parfois pas pris aussi au sérieux qu'ils devraient l'être.
La conception correcte d'un système d'éclairage doit offrir les conditions optimales pour le confort visuel. Pour atteindre cet objectif, une première ligne de collaboration entre les architectes, les éclairagistes et les responsables de l'hygiène sur le chantier devrait être établie. Cette collaboration doit précéder le début du projet, afin d'éviter des erreurs qui seraient difficiles à corriger une fois le projet terminé. Parmi les aspects les plus importants à garder à l'esprit figurent le type de lampe qui sera utilisé et le système d'éclairage qui sera installé, la répartition de la luminance, les efficacités d'éclairage et la composition spectrale de la lumière.
Le fait que la lumière et la couleur affectent la productivité et le bien-être psycho-physiologique du travailleur doit inciter les éclairagistes, physiologistes et ergonomes à prendre des initiatives pour étudier et déterminer les conditions de lumière et de couleur les plus favorables à chaque poste de travail. La combinaison de l'éclairement, le contraste des luminances, la couleur de la lumière, la reproduction de la couleur ou la sélection des couleurs sont les éléments qui déterminent le climat de couleur et le confort visuel.
Facteurs qui déterminent le confort visuel
Les conditions préalables qu'un système d'éclairage doit remplir pour fournir les conditions nécessaires au confort visuel sont les suivantes :
Il est important de considérer la lumière au travail non seulement par des critères quantitatifs, mais aussi par des critères qualitatifs. La première étape consiste à étudier le poste de travail, la précision requise des tâches effectuées, la quantité de travail, la mobilité du travailleur, etc. La lumière doit comprendre à la fois des composantes de rayonnement diffus et de rayonnement direct. Le résultat de la combinaison produira des ombres plus ou moins intenses qui permettront au travailleur de percevoir la forme et la position des objets au poste de travail. Les reflets gênants, qui rendent plus difficile la perception des détails, doivent être éliminés, ainsi que les reflets excessifs ou les ombres profondes.
L'entretien périodique de l'installation d'éclairage est très important. Le but est d'éviter le vieillissement des lampes et l'accumulation de poussière sur les luminaires qui se traduira par une perte constante de lumière. Pour cette raison, il est important de sélectionner des lampes et des systèmes faciles à entretenir. Une ampoule à incandescence conserve son efficacité jusqu'aux instants précédant la panne, mais ce n'est pas le cas des tubes fluorescents, qui peuvent baisser leur rendement jusqu'à 75 % après mille heures d'utilisation.
Niveaux d'éclairage
Chaque activité nécessite un niveau d'éclairage spécifique dans la zone où l'activité se déroule. En général, plus la difficulté de perception visuelle est élevée, plus le niveau d'éclairement moyen doit également être élevé. Des directives pour les niveaux minimaux d'éclairage associés à différentes tâches existent dans diverses publications. Concrètement, celles listées dans la figure 1 sont issues des normes européennes CENTC 169, et reposent davantage sur l'expérience que sur les connaissances scientifiques.
Figure 1. Niveaux d'éclairement en fonction des tâches effectuées
Le niveau d'éclairement est mesuré avec un luxomètre qui convertit l'énergie lumineuse en un signal électrique, qui est ensuite amplifié et offre une lecture facile sur une échelle calibrée de lux. Lors de la sélection d'un certain niveau d'éclairage pour un poste de travail particulier, les points suivants doivent être étudiés :
Unités et grandeurs d'éclairement
Plusieurs grandeurs sont couramment utilisées dans le domaine de l'éclairage. Les basiques sont :
Flux lumineux: Énergie lumineuse émise par unité de temps par une source lumineuse. Unité : lumen (lm).
Intensité lumineuse: Flux lumineux émis dans une direction donnée par une lumière inégalement répartie. Unité : candela (cd).
Niveau d'éclairage: Niveau d'éclairement d'une surface d'un mètre carré lorsqu'elle reçoit un flux lumineux d'un lumen. Unité : lux = lm/m2.
Luminance ou brillance photométrique: Se définit pour une surface dans une direction particulière, et est le rapport entre l'intensité lumineuse et la surface vue par un observateur situé dans la même direction (surface apparente). Unité : cd/m2.
Contraste: Différence de luminance entre un objet et son environnement ou entre différentes parties d'un objet.
réflectance: Proportion de lumière réfléchie par une surface. C'est une grandeur sans dimension. Sa valeur est comprise entre 0 et 1.
Facteurs affectant la visibilité des objets
Le degré de sécurité avec lequel une tâche est exécutée dépend, en grande partie, de la qualité de l'éclairage et des capacités visuelles. La visibilité d'un objet peut être modifiée de plusieurs façons. L'un des plus importants est le contraste des luminances dues aux facteurs de réflexion, aux ombres, ou aux couleurs de l'objet lui-même, et aux facteurs de réflexion de la couleur. Ce que l'œil perçoit réellement, ce sont les différences de luminance entre un objet et son environnement, ou entre différentes parties d'un même objet. Le tableau 1 répertorie les contrastes entre les couleurs par ordre décroissant.
La luminance d'un objet, de son environnement et de la zone de travail influence la facilité avec laquelle un objet est vu. Il est donc d'une importance capitale que la zone où la tâche visuelle est effectuée, et ses environs, soient soigneusement analysés.
Tableau 1. Contrastes de couleurs
Contrastes de couleurs par ordre décroissant |
|
Couleur de l'objet |
Couleur du fond |
Noir |
Jaune |
Vert |
Blanc |
Rouge |
Blanc |
Bleu |
Blanc |
Blanc |
Bleu |
Noir |
Blanc |
Jaune |
Noir |
Blanc |
Rouge |
Blanc |
Vert |
Blanc |
Noir |
La taille de l'objet à observer, qui peut être adéquate ou non selon la distance et l'angle de vision de l'observateur, est un autre facteur. Ces deux derniers facteurs déterminent l'agencement du poste de travail, en classant différentes zones selon leur aisance de vision. Nous pouvons établir cinq zones dans la zone de travail (voir figure 2).
Figure 2. Répartition des zones visuelles au poste de travail
Un autre facteur est le laps de temps pendant lequel la vision se produit. Le temps d'exposition sera plus ou moins long selon que l'objet et l'observateur sont statiques, ou que l'un ou les deux sont en mouvement. La capacité d'adaptation de l'œil à s'adapter automatiquement aux différents éclairements des objets peut également avoir une influence considérable sur la visibilité.
Répartition lumineuse ; éblouissement
Les facteurs clés des conditions qui affectent la vision sont la distribution de la lumière et le contraste des luminances. En ce qui concerne la répartition de la lumière, il est préférable d'avoir un bon éclairage général plutôt qu'un éclairage localisé pour éviter l'éblouissement. Pour cette raison, les accessoires électriques doivent être répartis le plus uniformément possible afin d'éviter les différences d'intensité lumineuse. Le passage constant dans des zones qui ne sont pas uniformément éclairées provoque une fatigue oculaire et, avec le temps, cela peut entraîner une réduction du rendement visuel.
L'éblouissement est produit lorsqu'une source brillante de lumière est présente dans le champ visuel; le résultat est une diminution de la capacité de distinguer les objets. Les travailleurs qui subissent constamment et successivement les effets de l'éblouissement peuvent souffrir de fatigue oculaire ainsi que de troubles fonctionnels, même s'ils n'en sont souvent pas conscients.
L'éblouissement peut être direct lorsqu'il provient de sources lumineuses vives directement dans la ligne de vision, ou par réflexion lorsque la lumière est réfléchie sur des surfaces à forte réflectance. Les facteurs impliqués dans l'éblouissement sont :
Figure 3. Valeurs approximatives de luminance
Figure 4. Facteurs affectant l'éblouissement
En général, il y a plus d'éblouissement lorsque les sources de lumière sont montées à des altitudes inférieures ou lorsqu'elles sont installées dans de grandes pièces, car les sources de lumière dans les grandes pièces ou les sources de lumière trop basses peuvent facilement tomber dans l'angle de vision qui produit l'éblouissement.
3. Répartition de la luminance entre différents objets et surfaces : plus les différences de luminance sont importantes entre les objets dans le champ de vision, plus l'éblouissement créé sera important et plus la capacité de voir se détériorera en raison des effets. sur les processus adaptatifs de la vue. Les écarts de luminance maximum recommandés sont :
4. Période d'exposition: Même les sources lumineuses à faible luminance peuvent provoquer un éblouissement si la durée d'exposition est trop prolongée.
Éviter l'éblouissement est une proposition relativement simple et peut être réalisé de différentes manières. Une façon, par exemple, consiste à placer des grilles sous les sources d'éclairage, ou en utilisant des diffuseurs enveloppants ou des réflecteurs paraboliques qui peuvent diriger correctement la lumière, ou en installant les sources de lumière de manière à ce qu'elles n'interfèrent pas avec l'angle de la vision. Lors de la conception du chantier, la bonne répartition de la luminance est aussi importante que l'éclairement lui-même, mais il est également important de considérer qu'une répartition de la luminance trop uniforme rend plus difficile la perception tridimensionnelle et spatiale des objets.
d'éoliennes
L'intérêt pour l'éclairage naturel a augmenté récemment. Cela tient moins à la qualité d'éclairage qu'il procure qu'au bien-être qu'il procure. Mais comme le niveau d'éclairage des sources naturelles n'est pas uniforme, un système d'éclairage artificiel est nécessaire.
Les systèmes d'éclairage les plus couramment utilisés sont les suivants :
Éclairage uniforme général
Dans ce système, les sources lumineuses sont réparties uniformément sans tenir compte de l'emplacement des postes de travail. Le niveau d'éclairement moyen doit être égal au niveau d'éclairement requis pour la tâche qui sera effectuée. Ces systèmes sont principalement utilisés dans les lieux de travail où les postes de travail ne sont pas fixes.
Il doit répondre à trois caractéristiques fondamentales : La première est d'être équipé de dispositifs anti-éblouissants (grilles, diffuseurs, réflecteurs, etc.). La seconde est qu'elle doit diffuser une fraction de la lumière vers le plafond et la partie supérieure des murs. Et le troisième est que les sources lumineuses doivent être installées aussi haut que possible, pour minimiser l'éblouissement et obtenir un éclairage aussi homogène que possible. (Voir figure 5)
Figure 5. Systèmes d'éclairage
Ce système tente de renforcer le schéma d'éclairage général en plaçant des lampes à proximité des surfaces de travail. Ces types de lampes produisent souvent de l'éblouissement, et les réflecteurs doivent être placés de manière à bloquer la source de lumière de la vue directe du travailleur. L'utilisation d'un éclairage localisé est recommandée pour les applications où les exigences visuelles sont très critiques, telles que des niveaux d'éclairage de 1,000 6 lux ou plus. Généralement, la capacité visuelle se détériore avec l'âge du travailleur, ce qui oblige à augmenter le niveau d'éclairement général ou à le seconder par un éclairement localisé. Ce phénomène peut être clairement apprécié sur la figure XNUMX.
Figure 6. Perte d'acuité visuelle avec l'âge
Eclairage général localisé
Ce type d'éclairage consiste en des sources plafonnières réparties en tenant compte de deux éléments : les caractéristiques d'éclairage de l'équipement et les besoins d'éclairage de chaque poste de travail. Ce type d'éclairage est indiqué pour les espaces ou les zones de travail qui nécessiteront un niveau d'éclairage élevé, et il nécessite de connaître l'emplacement futur de chaque poste de travail avant la phase de conception.
Couleur : Concepts de base
Choisir une couleur adéquate pour un chantier contribue grandement à l'efficacité, à la sécurité et au bien-être général des employés. De la même manière, la finition des surfaces et des équipements se trouvant dans l'environnement de travail contribue à créer des conditions visuelles agréables et un environnement de travail agréable.
La lumière ordinaire est constituée de rayonnements électromagnétiques de différentes longueurs d'onde qui correspondent à chacune des bandes du spectre visible. En mélangeant la lumière rouge, jaune et bleue, nous pouvons obtenir la plupart des couleurs visibles, y compris le blanc. Notre perception de la couleur d'un objet dépend de la couleur de la lumière avec laquelle il est éclairé et de la façon dont l'objet lui-même réfléchit la lumière.
Les lampes peuvent être classées en trois catégories selon l'aspect de la lumière qu'elles émettent :
Les couleurs peuvent également être classées comme chaudes ou froides selon leur tonalité (voir figure 7).
Figure 7. Tonalité des couleurs "chaudes" et "froides"
Contraste et température des différentes couleurs
Les contrastes de couleurs sont influencés par la couleur de la lumière sélectionnée, et pour cette raison la qualité de l'éclairage dépendra de la couleur de la lumière choisie pour une application. La sélection de la couleur de la lumière à utiliser doit être faite en fonction de la tâche qui sera effectuée sous celle-ci. Si la couleur est proche du blanc, le rendu des couleurs et la diffusion de la lumière seront meilleurs. Plus la lumière se rapproche de l'extrémité rouge du spectre, plus la reproduction de la couleur sera mauvaise, mais l'environnement sera plus chaud et plus invitant.
L'aspect coloré de l'éclairage dépend non seulement de la couleur de la lumière, mais également du niveau d'intensité lumineuse. Une température de couleur est associée aux différentes formes d'éclairage. La sensation de satisfaction de l'éclairement d'un environnement donné dépend de cette température de couleur. Ainsi, par exemple, une ampoule à filament incandescent de 100 W a une température de couleur de 2,800 4,000 K, un tube fluorescent a une température de couleur de 10,000 XNUMX K et un ciel couvert a une température de couleur de XNUMX XNUMX K.
Kruithof a défini, à partir d'observations empiriques, un diagramme de bien-être pour différents niveaux d'éclairement et de températures de couleur dans un environnement donné (voir figure 8). Il a ainsi démontré qu'il est possible de se sentir à l'aise dans certains environnements avec de faibles niveaux d'éclairage si la température de couleur est également faible - si le niveau d'éclairage est d'une bougie, par exemple, avec une température de couleur de 1,750 XNUMX K.
Figure 8. Diagramme de confort en fonction des températures d'éclairement et de couleur
Les couleurs des lampes électriques peuvent être subdivisées en trois groupes liés à leurs températures de couleur :
Combinaison et sélection de couleurs
La sélection des couleurs est très pertinente lorsque nous la considérons avec les fonctions où l'identification des objets à manipuler est importante. Il est également pertinent lors de la délimitation des voies de communication et dans les tâches qui nécessitent un contraste net.
La sélection de la tonalité n'est pas une question aussi importante que la sélection des qualités réfléchissantes appropriées d'une surface. Plusieurs recommandations s'appliquent à cet aspect des surfaces de travail :
Plafonds: La surface d'un plafond doit être la plus blanche possible (avec un facteur de réflexion de 75 %), car la lumière s'y reflétera alors de manière diffuse, dissipant l'obscurité et réduisant l'éblouissement des autres surfaces. Cela se traduira également par une économie d'éclairage artificiel.
Murs et sols: Les surfaces des murs au niveau des yeux peuvent produire des reflets. Les couleurs pâles avec des facteurs de réflexion de 50 à 75 % ont tendance à être adéquates pour les murs. Alors que les peintures brillantes ont tendance à durer plus longtemps que les couleurs mates, elles sont plus réfléchissantes. Les murs doivent donc avoir une finition mate ou semi-brillante.
Les sols doivent être finis dans des couleurs légèrement plus foncées que les murs et les plafonds pour éviter les reflets. Le facteur de réflexion des sols doit être compris entre 20 et 25 %.
Matériel: Les surfaces de travail, les machines et les tables doivent avoir des facteurs de réflexion compris entre 20 et 40 %. L'équipement doit avoir une finition durable de couleur pure - marron clair ou gris - et le matériau ne doit pas être brillant.
L'utilisation appropriée des couleurs dans l'environnement de travail facilite le bien-être, augmente la productivité et peut avoir un impact positif sur la qualité. Elle peut également contribuer à une meilleure organisation et à la prévention des accidents.
Il existe une croyance généralisée selon laquelle blanchir les murs et les plafonds et fournir des niveaux d'éclairage adéquats est tout ce qui peut être fait en ce qui concerne le confort visuel des employés. Mais ces facteurs de confort peuvent être améliorés en combinant le blanc avec d'autres couleurs, évitant ainsi la fatigue et l'ennui qui caractérisent les environnements monochromes. Les couleurs ont également un effet sur le niveau de stimulation d'une personne ; les couleurs chaudes ont tendance à s'activer et à se détendre, tandis que les couleurs froides sont utilisées pour inciter l'individu à libérer ou libérer son énergie.
La couleur de la lumière, sa répartition et les couleurs utilisées dans un espace donné sont, entre autres, des facteurs clés qui influencent les sensations ressenties par une personne. Compte tenu des nombreux facteurs de couleurs et de confort qui existent, il est impossible de fixer des directives précises, d'autant plus que tous ces facteurs doivent être combinés en fonction des caractéristiques et des exigences d'un poste de travail particulier. Un certain nombre de règles pratiques de base et générales peuvent cependant être énumérées, qui peuvent aider à créer un environnement vivable :
Identifier les objets par la couleur
Le choix des couleurs peut influencer l'efficacité des systèmes d'éclairage en influençant la fraction de lumière qui est réfléchie. Mais la couleur joue également un rôle clé lorsqu'il s'agit d'identifier des objets. Nous pouvons utiliser des couleurs brillantes et accrocheuses ou des contrastes de couleurs pour mettre en évidence des situations ou des objets qui nécessitent une attention particulière. Le tableau 2 énumère certains des facteurs de réflexion pour différentes couleurs et matériaux.
Tableau 2. Facteurs de réflexion de différentes couleurs et matériaux éclairés à la lumière blanche
Couleur/matière |
Facteur de réflexion (%) |
Blanc |
100 |
Livre blanc |
80-85 |
Ivoire, jaune citron |
70-75 |
Jaune vif, ocre clair, vert clair, bleu pastel, rose clair, crème |
60-65 |
Vert citron, gris pâle, rose, orange, bleu-gris |
50-55 |
Bois blond, ciel bleu |
40-45 |
Chêne, béton sec |
30-35 |
Rouge foncé, vert feuille, vert olive, vert pré |
20-25 |
Bleu foncé, violet |
10-15 |
Noir |
0 |
Dans tous les cas, l'identification par couleur ne doit être utilisée que lorsqu'elle est vraiment nécessaire, car l'identification par couleur ne fonctionnera correctement que s'il n'y a pas trop d'objets mis en évidence par la couleur. Voici quelques recommandations pour identifier les différents éléments par couleur :
L'éclairage est fourni dans les intérieurs afin de satisfaire aux exigences suivantes :
La mise à disposition d'un environnement de travail sûr doit figurer en tête de liste des priorités et, en général, la sécurité est accrue en rendant les dangers clairement visibles. L'ordre de priorité des deux autres exigences dépendra dans une large mesure de l'usage auquel l'intérieur est destiné. Les performances des tâches peuvent être améliorées en veillant à ce que les détails des tâches soient plus faciles à voir, tandis que des environnements visuels appropriés sont développés en faisant varier l'accentuation de l'éclairage donnée aux objets et aux surfaces dans un intérieur.
Notre sentiment général de bien-être, incluant le moral et la fatigue, est influencé par la lumière et la couleur. Sous de faibles niveaux d'éclairage, les objets auraient peu ou pas de couleur ou de forme et il y aurait une perte de perspective. Inversement, un excès de lumière peut être tout aussi indésirable qu'un manque de lumière.
En général, les gens préfèrent une pièce avec lumière du jour à une pièce sans fenêtre. De plus, le contact avec le monde extérieur est considéré comme favorisant le sentiment de bien-être. L'introduction de commandes d'éclairage automatiques, associées à la gradation à haute fréquence des lampes fluorescentes, a permis de doter les intérieurs d'une combinaison contrôlée de lumière du jour et de lumière artificielle. Cela a l'avantage supplémentaire d'économiser sur les coûts énergétiques.
La perception du caractère d'un intérieur est influencée à la fois par la luminosité et la couleur des surfaces visibles, tant intérieures qu'extérieures. Les conditions générales d'éclairage à l'intérieur d'un intérieur peuvent être obtenues en utilisant la lumière du jour ou un éclairage artificiel, ou plus probablement par une combinaison des deux.
Évaluation de l'éclairage
Exigences générales
Les systèmes d'éclairage utilisés dans les intérieurs commerciaux peuvent être subdivisés en trois grandes catégories : éclairage général, éclairage localisé et éclairage local.
Les installations d'éclairage général fournissent typiquement un éclairement sensiblement uniforme sur l'ensemble du plan de travail. De tels systèmes sont souvent basés sur la méthode de conception lumen, où un éclairement moyen est :
Éclairement moyen (lux) =
Les systèmes d'éclairage localisé fournissent un éclairement sur les zones de travail générales avec un niveau d'éclairement réduit simultané dans les zones adjacentes.
Les systèmes d'éclairage locaux fournissent un éclairement pour des zones relativement petites incorporant des tâches visuelles. De tels systèmes sont normalement complétés par un niveau spécifié d'éclairage général. La figure 1 illustre les différences typiques entre les systèmes décrits.
Figure 1. Systèmes d'éclairage
Lorsque des tâches visuelles doivent être exécutées, il est essentiel d'atteindre un niveau d'éclairement requis et de tenir compte des circonstances qui influencent sa qualité.
L'utilisation de la lumière du jour pour éclairer les tâches présente à la fois des avantages et des limites. Les fenêtres laissant entrer la lumière du jour dans un intérieur fournissent une bonne modélisation tridimensionnelle, et bien que la distribution spectrale de la lumière du jour varie tout au long de la journée, son rendu des couleurs est généralement considéré comme excellent.
Cependant, un éclairement constant sur une tâche ne peut pas être fourni uniquement par la lumière naturelle du jour, en raison de sa grande variabilité, et si la tâche se trouve dans le même champ de vision qu'un ciel lumineux, un éblouissement est susceptible de se produire, ce qui nuit à l'exécution de la tâche. . L'utilisation de la lumière du jour pour l'éclairement des tâches n'a qu'un succès partiel, et l'éclairage artificiel, sur lequel un plus grand contrôle peut être exercé, a un rôle majeur à jouer.
Étant donné que l'œil humain ne percevra les surfaces et les objets qu'à travers la lumière qui en est réfléchie, il s'ensuit que les caractéristiques de surface et les valeurs de réflectance ainsi que la quantité et la qualité de la lumière influenceront l'apparence de l'environnement.
Lors de l'examen de l'éclairage d'un intérieur, il est essentiel de déterminer la éclairement niveau et de le comparer aux niveaux recommandés pour différentes tâches (voir tableau 1).
Tableau 1. Niveaux typiques recommandés d'éclairement maintenu pour différents emplacements ou tâches visuelles
|
Niveau recommandé typique d'éclairement maintenu (lux) |
Bureaux généraux |
500 |
Postes informatiques |
500 |
Zones d'assemblage en usine |
|
Travail rude |
300 |
Travail moyen |
500 |
Beau travail |
750 |
Très beau travail |
|
Assemblage d'instruments |
1,000 |
Assemblage/réparation de bijoux |
1,500 |
Blocs opératoires hospitaliers |
50,000 |
Eclairage pour tâches visuelles
La capacité de l'œil à discerner les détails...acuité visuelle— est fortement influencé par la taille de la tâche, le contraste et les performances visuelles du spectateur. L'augmentation de la quantité et de la qualité de l'éclairage améliorera également considérablement performances visuelles. L'effet de l'éclairage sur la performance des tâches est influencé par la taille des détails critiques de la tâche et par le contraste entre la tâche et l'arrière-plan environnant. La figure 2 montre les effets de l'éclairement sur l'acuité visuelle. Lors de l'examen de l'éclairage visuel de la tâche, il est important de prendre en compte la capacité de l'œil à effectuer la tâche visuelle avec rapidité et précision. Cette combinaison est connue sous le nom de performances visuelles. La figure 3 donne les effets typiques de l'éclairement sur les performances visuelles d'une tâche donnée.
Figure 2. Relation typique entre l'acuité visuelle et l'éclairement
Figure 3. Relation typique entre la performance visuelle et l'éclairement
La prédiction de l'éclairement atteignant une surface de travail est d'une importance primordiale dans la conception de l'éclairage. Cependant, le système visuel humain réagit à la distribution de la luminance dans le champ de vision. La scène dans un champ visuel est interprétée en faisant la différence entre la couleur de surface, la réflectance et l'illumination. La luminance dépend à la fois de l'éclairement et de la réflectance d'une surface. L'éclairement et la luminance sont des quantités objectives. La réponse à la luminosité, cependant, est subjective.
Afin de produire un environnement offrant satisfaction visuelle, confort et performance, les luminances dans le champ de vision doivent être équilibrées. Idéalement, les luminances entourant une tâche devraient diminuer progressivement, évitant ainsi les contrastes trop durs. La variation suggérée de la luminance sur une tâche est illustrée à la figure 4.
Figure 4. Variation de la luminance sur une tâche
La méthode lumen de conception d'éclairage conduit à un éclairement plan horizontal moyen sur le plan de travail, et il est possible d'utiliser la méthode pour établir des valeurs d'éclairement moyennes sur les murs et les plafonds d'un intérieur. Il est possible de convertir des valeurs d'éclairement moyennes en valeurs de luminance moyennes à partir des détails de la valeur de réflexion moyenne des surfaces de la pièce.
L'équation reliant la luminance et l'éclairement est :
Figure 5. Valeurs d'éclairement relatif typiques et valeurs de réflectance suggérées
La figure 5 montre un bureau typique avec des valeurs d'éclairement relatives (à partir d'un système d'éclairage général au plafond) sur les surfaces de la pièce principale ainsi que des réflectances suggérées. L'œil humain a tendance à être attiré par la partie de la scène visuelle qui est la plus brillante. Il s'ensuit que des valeurs de luminance plus élevées se produisent généralement dans une zone de tâche visuelle. L'œil reconnaît les détails d'une tâche visuelle en faisant la distinction entre les parties les plus claires et les plus sombres de la tâche. La variation de luminosité d'une tâche visuelle est déterminée à partir du calcul de la contraste de luminance:
De
Lt = Luminance de la tâche
Lb = Luminance du fond
et les deux luminances sont mesurées en cd·m-2
Les lignes verticales dans cette équation signifient que toutes les valeurs de contraste de luminance doivent être considérées comme positives.
Le contraste d'une tâche visuelle sera influencé par les propriétés de réflectance de la tâche elle-même. Voir figure 5.
Contrôle optique de l'éclairage
Si une lampe nue est utilisée dans un luminaire, il est peu probable que la distribution de la lumière soit acceptable et le système sera presque certainement non économique. Dans de telles situations, la lampe nue est susceptible d'être une source d'éblouissement pour les occupants de la pièce, et bien qu'une certaine lumière puisse éventuellement atteindre le plan de travail, l'efficacité de l'installation est susceptible d'être sérieusement réduite en raison de l'éblouissement.
Il sera évident qu'une certaine forme de contrôle de la lumière est nécessaire, et les procédés les plus fréquemment employés sont détaillés ci-dessous.
Obstruction
Si une lampe est installée dans une enceinte opaque avec une seule ouverture pour que la lumière s'échappe, la distribution de la lumière sera très limitée, comme le montre la figure 6.
Figure 6. Contrôle de sortie d'éclairage par obstruction
Réflexion
Cette méthode utilise des surfaces réfléchissantes, qui peuvent varier d'une finition très mate à une finition très spéculaire ou semblable à un miroir. Cette méthode de contrôle est plus efficace que l'obstruction, car la lumière parasite est collectée et redirigée là où elle est nécessaire. Le principe mis en jeu est illustré à la figure 7.
Figure 7. Contrôle du flux lumineux par réflexion
La diffusion
Si une lampe est installée dans un matériau translucide, la taille apparente de la source lumineuse est augmentée avec une réduction simultanée de sa luminosité. Les diffuseurs pratiques absorbent malheureusement une partie de la lumière émise, ce qui réduit par conséquent l'efficacité globale du luminaire. La figure 8 illustre le principe de diffusion.
Figure 8. Contrôle du flux lumineux par diffusion
Réfraction
Cette méthode utilise l'effet "prisme", où généralement un matériau de prisme en verre ou en plastique "plie" les rayons de lumière et, ce faisant, redirige la lumière là où elle est nécessaire. Cette méthode convient parfaitement à l'éclairage intérieur général. Il a l'avantage de combiner un bon contrôle de l'éblouissement avec une efficacité acceptable. La figure 9 montre comment la réfraction aide au contrôle optique.
Dans de nombreux cas, un luminaire utilisera une combinaison des méthodes de contrôle optique décrites.
Figure 9. Contrôle du flux lumineux par réfraction
Répartition de la luminance
La distribution de la sortie lumineuse d'un luminaire est importante pour déterminer les conditions visuelles rencontrées par la suite. Chacune des quatre méthodes de contrôle optique décrites produira différentes propriétés de distribution de la sortie lumineuse du luminaire.
Reflets voilants se produisent souvent dans les zones où des écrans de visualisation sont installés. Les symptômes habituels rencontrés dans de telles situations sont une capacité réduite à lire correctement le texte sur un écran en raison de l'apparition d'images indésirables à haute luminance sur l'écran lui-même, généralement à partir de luminaires suspendus. Une situation peut se développer où des reflets voilants apparaissent également sur du papier sur un bureau dans un intérieur.
Si les luminaires d'un intérieur ont une forte composante verticale descendante du flux lumineux, alors tout papier sur un bureau sous un tel luminaire reflétera la source lumineuse dans les yeux d'un observateur qui lit ou travaille sur le papier. Si le papier a une finition brillante, la situation est aggravée.
La solution au problème est de s'arranger pour que les luminaires utilisés aient une distribution de sortie lumineuse qui est principalement à un angle par rapport à la verticale vers le bas, de sorte que, selon les lois fondamentales de la physique (angle d'incidence = angle de réflexion), l'éblouissement réfléchi soit être minimisé. La figure 10 montre un exemple typique du problème et du remède. La distribution de la puissance lumineuse du luminaire utilisé pour surmonter le problème est appelée distribution des ailes de chauve-souris.
Figure 10. Réflexions voilées
La répartition de la lumière des luminaires peut également conduire à éblouissement direct, et pour tenter de surmonter ce problème, les unités d'éclairage locales doivent être installées en dehors de «l'angle interdit» de 45 degrés, comme illustré à la figure 11.
Figure 11. Représentation schématique de l'angle interdit
Conditions d'éclairage optimales pour le confort visuel et la performance
Il convient, lors de l'étude des conditions d'éclairage pour le confort visuel et les performances, de prendre en compte les facteurs affectant la capacité à voir les détails. Celles-ci peuvent être subdivisées en deux catégories : les caractéristiques de l'observateur et les caractéristiques de la tâche.
Caractéristiques de l'observateur.
Il s'agit notamment de:
Caractéristiques de la tâche.
Il s'agit notamment de:
En ce qui concerne les tâches particulières, il convient de répondre aux questions suivantes :
Afin de produire des conditions d'éclairage optimales sur le lieu de travail, il est important de tenir compte des exigences imposées à l'installation d'éclairage. Idéalement, l'éclairage de tâche devrait révéler la couleur, la taille, le relief et les qualités de surface d'une tâche tout en évitant simultanément la création d'ombres, d'éblouissements et d'environnements « durs » potentiellement dangereux pour la tâche elle-même.
Éblouissement.
L'éblouissement se produit lorsqu'il y a une luminance excessive dans le champ de vision. Les effets de l'éblouissement sur la vision peuvent être divisés en deux groupes, appelés éblouissement handicapé ainsi que éblouissement inconfort.
Prenons l'exemple de l'éblouissement des phares d'un véhicule venant en sens inverse pendant l'obscurité. L'œil ne peut pas s'adapter simultanément aux phares du véhicule et à la luminosité beaucoup plus faible de la route. Il s'agit d'un exemple d'éblouissement handicapant, puisque les sources lumineuses à haute luminance produisent un effet handicapant dû à la diffusion de la lumière dans les supports optiques. L'éblouissement du handicap est proportionnel à l'intensité de la source de lumière incriminée.
L'éblouissement d'inconfort, qui est plus susceptible de se produire dans les intérieurs, peut être réduit ou même totalement éliminé en réduisant le contraste entre la tâche et son environnement. Les finitions mates à réflexion diffuse sur les surfaces de travail doivent être préférées aux finitions brillantes ou à réflexion spéculaire, et la position de toute source de lumière incriminée doit être en dehors du champ de vision normal. En général, une performance visuelle réussie se produit lorsque la tâche elle-même est plus lumineuse que son environnement immédiat, mais pas excessivement.
L'ampleur de l'éblouissement d'inconfort reçoit une valeur numérique et est comparée à des valeurs de référence afin de prédire si le niveau d'éblouissement d'inconfort sera acceptable. La méthode de calcul des valeurs de l'indice d'éblouissement utilisée au Royaume-Uni et ailleurs est examinée sous « Mesure ».
Mesure
Etudes d'éclairage
Une technique d'enquête souvent utilisée repose sur une grille de points de mesure sur l'ensemble de la zone considérée. La base de cette technique est de diviser l'ensemble de l'intérieur en un certain nombre de zones égales, chacune idéalement carrée. L'éclairement au centre de chacune des zones est mesuré à la hauteur du bureau (généralement 0.85 mètre au-dessus du niveau du sol) et une valeur moyenne d'éclairement est calculée. La précision de la valeur de l'éclairement moyen est influencée par le nombre de points de mesure utilisés.
Il existe une relation qui permet au minimum nombre de points de mesure à calculer à partir de la valeur de index des chambres applicable à l'intérieur considéré.
Ici, la longueur et la largeur font référence aux dimensions de la pièce et la hauteur de montage est la distance verticale entre le centre de la source lumineuse et le plan de travail.
La relation évoquée est donnée par :
Nombre minimal de points de mesure = (x + 2)2
où "x” est la valeur de l'indice de pièce ramenée au nombre entier immédiatement supérieur, sauf que pour toutes les valeurs de RI égal ou supérieur à 3, x est pris égal à 4. Cette équation donne le nombre minimum de points de mesure, mais les conditions nécessitent souvent plus que ce nombre minimum de points à utiliser.
Lors de l'examen de l'éclairage d'une zone de travail et de son environnement immédiat, la variation de l'éclairement ou uniformité d'éclairement doit être pris en compte.
Sur toute zone de travail et son environnement immédiat, l'uniformité ne doit pas être inférieure à 0.8.
Dans de nombreux lieux de travail, il n'est pas nécessaire d'éclairer toutes les zones au même niveau. L'éclairage localisé ou local peut fournir un certain degré d'économie d'énergie, mais quel que soit le système utilisé, la variation d'éclairement à travers un intérieur ne doit pas être excessive.
Les culturelle d'éclairement s'exprime par :
En tout point de la zone principale de l'intérieur, la diversité d'éclairement ne doit pas dépasser 5:1.
Les instruments utilisés pour mesurer l'éclairement et la luminance ont généralement des réponses spectrales qui varient de la réponse du système visuel humain. Les réponses sont corrigées, souvent par l'utilisation de filtres. Lorsque des filtres sont incorporés, les instruments sont appelés couleur corrigée.
Les mesureurs d'éclairement ont une autre correction appliquée qui compense la direction de la lumière incidente tombant sur la cellule du détecteur. Les instruments capables de mesurer avec précision l'éclairement à partir de différentes directions de la lumière incidente sont dits cosinus corrigé.
Mesure de l'indice d'éblouissement
Le système fréquemment utilisé au Royaume-Uni, avec des variantes ailleurs, est essentiellement un processus en deux étapes. La première étape établit un indice d'éblouissement non corrigé valeur (UGI). La figure 12 en donne un exemple.
Figure 12. Vues en élévation et en plan d'un intérieur typique utilisé dans l'exemple
La hauteur H est la distance verticale entre le centre de la source lumineuse et le niveau des yeux d'un observateur assis, qui est normalement prise à 1.2 mètre au-dessus du niveau du sol. Les dimensions principales de la pièce sont ensuite converties en multiples de H. Ainsi, puisque H = 3.0 mètres, alors longueur = 4H et largeur = 3H. Quatre calculs distincts d'UGI doivent être effectués afin de déterminer le scénario le plus défavorable conformément aux schémas illustrés à la figure 13.
Figure 13. Combinaisons possibles d'orientation du luminaire et de direction d'observation dans l'intérieur considéré dans l'exemple
Des tableaux sont produits par les fabricants d'équipements d'éclairage qui spécifient, pour des valeurs données de réflectance du tissu dans une pièce, des valeurs d'indice d'éblouissement non corrigé pour chaque combinaison de valeurs de X et Y.
La deuxième étape du processus consiste à appliquer des facteurs de correction aux valeurs UGI en fonction des valeurs du flux de sortie de la lampe et de l'écart de la valeur de la hauteur (H).
La valeur finale de l'indice d'éblouissement est ensuite comparée à la valeur de l'indice d'éblouissement limite pour des intérieurs spécifiques, donnée dans des références telles que le code CIBSE pour l'éclairage intérieur (1994).
La nature omniprésente du bruit au travail
Le bruit est l'un des risques professionnels les plus courants. Aux États-Unis, par exemple, plus de 9 millions de travailleurs sont exposés quotidiennement à des niveaux sonores moyens pondérés A de 85 décibels (abrégés ici par 85 dBA). Ces niveaux de bruit sont potentiellement dangereux pour leur audition et peuvent également produire d'autres effets néfastes. Il y a environ 5.2 millions de travailleurs exposés à des niveaux sonores supérieurs à ces niveaux dans l'industrie manufacturière et les services publics, ce qui représente environ 35 % du nombre total de travailleurs dans les industries manufacturières américaines.
Les niveaux de bruit dangereux sont facilement identifiables et il est technologiquement faisable de contrôler le bruit excessif dans la grande majorité des cas en appliquant une technologie prête à l'emploi, en reconcevant l'équipement ou le processus ou en modernisant les machines bruyantes. Mais trop souvent, rien n'est fait. Il y a plusieurs raisons à cela. Premièrement, bien que de nombreuses solutions de contrôle du bruit soient remarquablement peu coûteuses, d'autres peuvent être coûteuses, en particulier lorsque l'objectif est de réduire le risque sonore à des niveaux de 85 ou 80 dBA.
Une raison très importante de l'absence de programmes de contrôle du bruit et de préservation de l'ouïe est que, malheureusement, le bruit est souvent accepté comme un « mal nécessaire », une partie de la conduite des affaires, une partie inévitable d'un travail industriel. Un bruit dangereux ne provoque pas d'effusion de sang, ne brise pas d'os, ne produit pas de tissu d'aspect étrange et, si les travailleurs parviennent à passer les premiers jours ou semaines d'exposition, ils ont souvent l'impression de s'être «habitués» au bruit. Mais ce qui s'est probablement passé, c'est qu'ils ont commencé à subir une perte auditive temporaire qui émousse leur sensibilité auditive pendant la journée de travail et s'atténue souvent pendant la nuit. Ainsi, la progression de la surdité due au bruit est insidieuse dans la mesure où elle progresse progressivement au fil des mois et des années, en grande partie inaperçue jusqu'à atteindre des proportions handicapantes.
Une autre raison importante pour laquelle les dangers du bruit ne sont pas toujours reconnus est qu'il existe une stigmatisation liée à la déficience auditive qui en résulte. Comme Raymond Hétu l'a si bien démontré dans son article sur la réadaptation des surdités causées par le bruit ailleurs dans ce Encyclopédie, les personnes malentendantes sont souvent considérées comme des personnes âgées, mentalement lentes et généralement incompétentes, et les personnes à risque d'encourir des déficiences hésitent à reconnaître soit leurs déficiences soit le risque de peur d'être stigmatisées. C'est une situation malheureuse car les pertes auditives induites par le bruit deviennent permanentes et, lorsqu'elles s'ajoutent à la perte auditive qui survient naturellement avec le vieillissement, peuvent conduire à la dépression et à l'isolement à un âge moyen et avancé. Le temps de prendre des mesures préventives est avant que les pertes auditives ne commencent.
La portée de l'exposition au bruit
Comme mentionné ci-dessus, le bruit est particulièrement répandu dans les industries manufacturières. Le Département américain du travail a estimé que 19.3 % des travailleurs de la fabrication et des services publics sont exposés à des niveaux de bruit moyens quotidiens de 90 dBA et plus, 34.4 % sont exposés à des niveaux supérieurs à 85 dBA et 53.1 % à des niveaux supérieurs à 80 dBA. Ces estimations devraient être assez représentatives du pourcentage de travailleurs exposés à des niveaux de bruit dangereux dans d'autres pays. Les niveaux sont probablement un peu plus élevés dans les pays moins développés, où les contrôles techniques ne sont pas utilisés aussi largement, et un peu plus bas dans les pays dotés de programmes de contrôle du bruit plus solides, tels que les pays scandinaves et l'Allemagne.
De nombreux travailleurs à travers le monde subissent des expositions très dangereuses, bien au-dessus de 85 ou 90 dBA. Par exemple, le Département américain du travail a estimé que près d'un demi-million de travailleurs sont exposés quotidiennement à des niveaux de bruit moyens de 100 dBA et plus, et plus de 800,000 95 à des niveaux compris entre 100 et XNUMX dBA dans les seules industries manufacturières.
La figure 1 classe les industries manufacturières les plus bruyantes aux États-Unis par ordre décroissant selon le pourcentage de travailleurs exposés au-dessus de 90 dBA et donne des estimations des travailleurs exposés au bruit par secteur industriel.
Figure 1. Exposition professionnelle au bruit — l'expérience américaine
Besoins de recherche
Dans les articles suivants de ce chapitre, il devrait devenir clair pour le lecteur que les effets sur l'audition de la plupart des types de bruit sont bien connus. Les critères pour les effets du bruit continu, variable et intermittent ont été développés il y a une trentaine d'années et restent essentiellement les mêmes aujourd'hui. Ce n'est pas vrai, cependant, du bruit impulsionnel. À des niveaux relativement faibles, le bruit impulsif ne semble pas plus dommageable et peut-être moins que le bruit continu, à énergie sonore égale. Mais à des niveaux sonores élevés, le bruit impulsif semble être plus dommageable, en particulier lorsqu'un niveau critique (ou, plus exactement, une exposition critique) est dépassé. Des recherches supplémentaires doivent être menées pour définir plus précisément la forme de la courbe dommage/risque.
Un autre domaine qui doit être clarifié est l'effet néfaste du bruit, à la fois sur l'ouïe et sur la santé générale, en combinaison avec d'autres agents. Bien que les effets combinés du bruit et des médicaments ototoxiques soient assez bien connus, la combinaison du bruit et des produits chimiques industriels est de plus en plus préoccupante. Les solvants et certains autres agents semblent être de plus en plus neurotoxiques lorsqu'ils sont associés à des niveaux de bruit élevés.
Partout dans le monde, les travailleurs exposés au bruit dans les industries manufacturières et l'armée reçoivent la majeure partie de l'attention. Cependant, de nombreux travailleurs des mines, de la construction, de l'agriculture et des transports sont également exposés à des niveaux de bruit dangereux, comme le montre la figure 1. Les besoins uniques associés à ces professions doivent être évalués, et le contrôle du bruit et d'autres aspects des programmes de préservation de l'ouïe doivent être étendus à ces travailleurs. Malheureusement, la fourniture de programmes de préservation de l'ouïe aux travailleurs exposés au bruit ne garantit pas que la perte auditive et les autres effets néfastes du bruit seront évités. Des méthodes standard pour évaluer l'efficacité des programmes de préservation de l'ouïe existent, mais elles peuvent être lourdes et ne sont pas largement utilisées. Des méthodes d'évaluation simples doivent être développées qui peuvent être utilisées par les petites comme les grandes entreprises, et celles qui disposent de ressources minimales.
La technologie existe pour réduire la plupart des problèmes de bruit, comme mentionné ci-dessus, mais il existe un grand écart entre la technologie existante et son application. Des méthodes doivent être développées par lesquelles des informations sur toutes sortes de solutions de contrôle du bruit peuvent être diffusées à ceux qui en ont besoin. Les informations sur la lutte contre le bruit doivent être informatisées et mises à la disposition non seulement des utilisateurs des pays en développement mais aussi des pays industrialisés.
Tendances
Dans certains pays, on observe une tendance croissante à accorder plus d'importance à l'exposition non professionnelle au bruit et à sa contribution au fardeau de la perte auditive due au bruit. Ces types de sources et d'activités comprennent la chasse, le tir à la cible, les jouets bruyants et la musique forte. Cette focalisation est bénéfique dans la mesure où elle met en évidence certaines sources potentiellement importantes de déficience auditive, mais elle peut en fait être préjudiciable si elle détourne l'attention des graves problèmes de bruit au travail.
Une tendance très dramatique est évidente parmi les nations appartenant à l'Union européenne, où la normalisation du bruit progresse à un rythme presque essoufflé. Ce processus comprend des normes pour les émissions sonores des produits ainsi que pour les normes d'exposition au bruit.
Le processus de normalisation n'avance pas du tout rapidement en Amérique du Nord, en particulier aux États-Unis, où les efforts de réglementation sont au point mort et un mouvement vers la déréglementation est envisageable. Les efforts visant à réglementer le bruit des nouveaux produits ont été abandonnés en 1982 lorsque le Noise Office de l'Environmental Protection Agency des États-Unis a été fermé, et les normes de bruit au travail pourraient ne pas survivre au climat de déréglementation de l'actuel Congrès américain.
Les pays en développement semblent être en train d'adopter et de réviser des normes de bruit. Ces normes tendent vers le conservatisme, en ce sens qu'elles s'orientent vers une limite d'exposition admissible de 85 dBA, et vers un taux de change (rapport d'échange temps/intensité) de 3 dB. La qualité de l'application de ces normes, en particulier dans les économies en plein essor, est une question ouverte.
La tendance dans certains pays en développement est de se concentrer sur le contrôle du bruit par des méthodes d'ingénierie plutôt que de se débattre avec les subtilités des tests audiométriques, des dispositifs de protection auditive, de la formation et de la tenue de dossiers. Cela semble être une approche très sensée dans la mesure du possible. Une supplémentation avec des protections auditives peut parfois être nécessaire pour réduire les expositions à des niveaux sûrs.
Les effets du bruit
Certains des documents qui suivent ont été adaptés de Suter, AH, "Noise and the conservation of hear", Chapter 2 in Hearing Conservation Manual (3rd ed.), Council for Accreditation in Occupational Hearing Conservation, Milwaukee, WI, USA (1993 ).
La perte d'audition est certainement l'effet nocif du bruit le plus connu, et probablement le plus grave, mais ce n'est pas le seul. D'autres effets néfastes comprennent les acouphènes (bourdonnements dans les oreilles), l'interférence avec la communication vocale et avec la perception des signaux d'avertissement, la perturbation des performances au travail, la gêne et les effets extra-auditifs. Dans la plupart des cas, la protection de l'ouïe des travailleurs devrait protéger contre la plupart des autres effets. Cette considération fournit un soutien supplémentaire aux entreprises pour mettre en œuvre de bons programmes de contrôle du bruit et de préservation de l'ouïe.
Diminution de l'ouïe
La déficience auditive induite par le bruit est très courante, mais elle est souvent sous-estimée car il n'y a pas d'effets visibles et, dans la plupart des cas, pas de douleur. Il n'y a qu'une perte graduelle et progressive de communication avec la famille et les amis, et une perte de sensibilité aux sons de l'environnement, comme le chant des oiseaux et la musique. Malheureusement, une bonne audition est généralement tenue pour acquise jusqu'à ce qu'elle soit perdue.
Ces pertes peuvent être si graduelles que les individus ne se rendent compte de ce qui s'est passé que lorsque la déficience devient invalidante. Le premier signe est généralement que les autres personnes ne semblent pas parler aussi clairement qu'avant. La personne malentendante devra demander aux autres de se répéter, et elle s'agace souvent de leur apparent manque de considération. On dira souvent à la famille et aux amis : « Ne me crie pas dessus. Je vous entends, mais je ne comprends tout simplement pas ce que vous dites.
Au fur et à mesure que la perte auditive s'aggrave, l'individu commence à se retirer des situations sociales. L'église, les réunions civiques, les occasions sociales et le théâtre commencent à perdre leur attrait et l'individu choisira de rester à la maison. Le volume de la télévision devient une source de discorde au sein de la famille, et d'autres membres de la famille sont parfois chassés de la pièce parce que la personne malentendante le veut trop fort.
La presbyacousie, la perte auditive qui accompagne naturellement le processus de vieillissement, s'ajoute au handicap auditif lorsque la personne atteinte d'une perte auditive due au bruit vieillit. A terme, la perte peut évoluer jusqu'à un stade si sévère que l'individu ne peut plus communiquer sans grande difficulté avec sa famille ou ses amis, et alors il est bel et bien isolé. Une aide auditive peut aider dans certains cas, mais la clarté de l'audition naturelle ne sera jamais restaurée, car la clarté de la vision l'est avec des lunettes.
Déficience auditive professionnelle
La déficience auditive induite par le bruit est généralement considérée comme une maladie ou une maladie professionnelle plutôt que comme une blessure, car sa progression est progressive. En de rares occasions, un employé peut subir une perte auditive immédiate et permanente à la suite d'un événement très bruyant comme une explosion ou d'un processus très bruyant, comme le rivetage sur de l'acier. Dans ces circonstances, la perte auditive est parfois qualifiée de blessure et est appelée « traumatisme acoustique ». La circonstance habituelle, cependant, est une lente diminution de la capacité auditive sur de nombreuses années. L'ampleur de la dégradation dépendra du niveau de bruit, de la durée de l'exposition et de la susceptibilité de chaque travailleur. Malheureusement, il n'existe aucun traitement médical pour la déficience auditive professionnelle. il n'y a que de la prévention.
Les effets auditifs du bruit sont bien documentés et il y a peu de controverse sur la quantité de bruit continu qui cause divers degrés de perte auditive (ISO 1990). Que le bruit intermittent provoque une perte auditive est également incontesté. Mais les périodes de bruit interrompues par des périodes de silence peuvent offrir à l'oreille interne l'occasion de récupérer d'une perte auditive temporaire et peuvent donc être un peu moins dangereuses que le bruit continu. Cela est vrai principalement pour les occupations extérieures, mais pas pour les environnements intérieurs tels que les usines, où les intervalles de calme nécessaires sont rares (Suter 1993).
Le bruit impulsif, tel que le bruit des coups de feu et de l'emboutissage du métal, endommage également l'ouïe. Il existe certaines preuves que le danger du bruit impulsionnel est plus grave que celui des autres types de bruit (Dunn et al. 1991; Thiery et Meyer-Bisch 1988), mais ce n'est pas toujours le cas. L'ampleur des dommages dépendra principalement du niveau et de la durée de l'impulsion, et cela peut être pire lorsqu'il y a un bruit continu en arrière-plan. Il est également prouvé que les sources de bruit impulsionnel à haute fréquence sont plus dommageables que celles composées de fréquences plus basses (Hamernik, Ahroon et Hsueh 1991; Price 1983).
La perte auditive due au bruit est souvent temporaire au début. Au cours d'une journée bruyante, l'oreille se fatigue et le travailleur subira une baisse de l'ouïe connue sous le nom de décalage temporaire du seuil (TTS). Entre la fin d'un quart de travail et le début du suivant, l'oreille récupère généralement d'une grande partie du TTS, mais souvent, une partie de la perte persiste. Après des jours, des mois et des années d'exposition, le TTS entraîne des effets permanents et de nouvelles quantités de TTS commencent à s'accumuler sur les pertes désormais permanentes. Un bon programme de tests audiométriques tentera d'identifier ces pertes auditives temporaires et de prévoir des mesures préventives avant que les pertes ne deviennent permanentes.
Des preuves expérimentales indiquent que plusieurs agents industriels sont toxiques pour le système nerveux et entraînent une perte auditive chez les animaux de laboratoire, en particulier lorsqu'ils sont associés au bruit (Fechter, 1989). Ces agents comprennent (1) les risques liés aux métaux lourds, tels que les composés du plomb et le triméthylétain, (2) les solvants organiques, tels que le toluène, le xylène et le disulfure de carbone, et (3) un asphyxiant, le monoxyde de carbone. Des recherches récentes sur les travailleurs industriels (Morata 1989; Morata et al. 1991) suggèrent que certaines de ces substances (disulfure de carbone et toluène) peuvent augmenter le potentiel dommageable du bruit. Il est également prouvé que certains médicaments déjà toxiques pour l'oreille peuvent augmenter les effets nocifs du bruit (Boettcher et al. 1987). Les exemples incluent certains antibiotiques et médicaments de chimiothérapie anticancéreuse. Les responsables des programmes de préservation de l'ouïe doivent être conscients que les travailleurs exposés à ces produits chimiques ou utilisant ces médicaments peuvent être plus sensibles à la perte auditive, en particulier lorsqu'ils sont en plus exposés au bruit.
Déficience auditive non professionnelle
Il est important de comprendre que le bruit au travail n'est pas la seule cause de perte auditive due au bruit chez les travailleurs, mais que la perte auditive peut également être causée par des sources extérieures au lieu de travail. Ces sources de bruit produisent ce que l'on appelle parfois la « sociocuse », et leurs effets sur l'audition sont impossibles à différencier de la surdité professionnelle. On ne peut les deviner qu'en posant des questions détaillées sur les activités récréatives et autres activités bruyantes du travailleur. Des exemples de sources sociocusiques pourraient être des outils de menuiserie, des scies à chaîne, des motos sans silencieux, de la musique forte et des armes à feu. Le tir fréquent avec des armes à feu de gros calibre (sans protection auditive) peut contribuer de manière significative à la perte auditive due au bruit, tandis que la chasse occasionnelle avec des armes de plus petit calibre est plus susceptible d'être inoffensive.
L'importance de l'exposition au bruit non professionnel et de la sociocuse qui en résulte est que cette perte auditive s'ajoute à l'exposition qu'un individu pourrait recevoir de sources professionnelles. Dans l'intérêt de la santé auditive globale des travailleurs, il convient de leur conseiller de porter une protection auditive adéquate lorsqu'ils se livrent à des activités récréatives bruyantes.
Acouphènes
L'acouphène est une condition qui accompagne fréquemment la perte auditive temporaire et permanente due au bruit, ainsi que d'autres types de perte auditive neurosensorielle. Souvent appelés « bourdonnements d'oreilles », les acouphènes peuvent varier de légers dans certains cas à graves dans d'autres. Parfois, les individus rapportent qu'ils sont plus gênés par leurs acouphènes que par leur déficience auditive.
Les personnes souffrant d'acouphènes sont susceptibles de le remarquer le plus dans des conditions calmes, comme lorsqu'elles essaient de s'endormir la nuit ou lorsqu'elles sont assises dans une cabine insonorisée pour passer un test audiométrique. C'est un signe que les cellules sensorielles de l'oreille interne ont été irritées. C'est souvent un précurseur de la perte auditive induite par le bruit et donc un signal d'alarme important.
Interférences de communication et sécurité
Le fait que le bruit puisse interférer avec ou « masquer » la communication vocale et les signaux d'avertissement n'est que du bon sens. De nombreux processus industriels peuvent être très bien exécutés avec un minimum de communication entre les travailleurs. Cependant, d'autres emplois, tels que ceux effectués par les pilotes de ligne, les ingénieurs ferroviaires, les commandants de chars et bien d'autres, dépendent fortement de la communication vocale. Certains de ces travailleurs utilisent des systèmes électroniques qui suppriment le bruit et amplifient la parole. De nos jours, des systèmes de communication sophistiqués sont disponibles, certains avec des dispositifs qui annulent les signaux acoustiques indésirables afin que la communication puisse avoir lieu plus facilement.
Dans de nombreux cas, les travailleurs n'ont qu'à se débrouiller, s'efforçant de comprendre les communications au-dessus du bruit et criant au-dessus ou signalant. Parfois, les gens peuvent développer un enrouement ou même des nodules vocaux ou d'autres anomalies sur les cordes vocales à cause d'une tension excessive. Ces personnes peuvent avoir besoin d'être référées pour des soins médicaux.
Les gens ont appris par expérience qu'à des niveaux de bruit supérieurs à environ 80 dBA, ils doivent parler très fort et à des niveaux supérieurs à 85 dBA, ils doivent crier. À des niveaux bien supérieurs à 95 dBA, ils doivent se rapprocher pour communiquer. Les spécialistes de l'acoustique ont développé des méthodes pour prédire la quantité de communication qui peut avoir lieu dans des situations industrielles. Les prédictions résultantes dépendent des caractéristiques acoustiques du bruit et de la parole (ou d'un autre signal souhaité), ainsi que de la distance entre le locuteur et l'auditeur.
Il est généralement connu que le bruit peut interférer avec la sécurité, mais seules quelques études ont documenté ce problème (par exemple, Moll van Charante et Mulder 1990 ; Wilkins et Acton 1982). Il y a eu de nombreux rapports, cependant, de travailleurs qui se sont pris les vêtements ou les mains dans des machines et ont été grièvement blessés alors que leurs collègues étaient inconscients de leurs appels à l'aide. Pour prévenir les pannes de communication dans les environnements bruyants, certains employeurs ont installé des avertisseurs visuels.
Un autre problème, davantage reconnu par les travailleurs exposés au bruit eux-mêmes que par les professionnels de la préservation de l'ouïe et de la santé au travail, est que les protections auditives peuvent parfois interférer avec la perception de la parole et des signaux d'avertissement. Cela semble être vrai principalement lorsque les porteurs ont déjà des pertes auditives et que les niveaux de bruit tombent en dessous de 90 dBA (Suter 1992). Dans ces cas, les travailleurs ont une inquiétude très légitime quant au port de protections auditives. Il est important d'être attentif à leurs préoccupations et soit de mettre en œuvre des contrôles techniques du bruit, soit d'améliorer le type de protection offerte, comme les protecteurs intégrés dans un système de communication électronique. De plus, les protecteurs auditifs sont désormais disponibles avec une réponse en fréquence plus plate et plus « haute fidélité », ce qui peut améliorer la capacité des travailleurs à comprendre la parole et les signaux d'avertissement.
Effets sur le rendement au travail
Les effets du bruit sur la performance au travail ont été étudiés à la fois en laboratoire et dans des conditions de travail réelles. Les résultats ont montré que le bruit a généralement peu d'effet sur la performance d'un travail répétitif et monotone et, dans certains cas, peut en fait augmenter la performance au travail lorsque le bruit est faible ou modéré. Des niveaux élevés de bruit peuvent dégrader les performances au travail, en particulier lorsque la tâche est compliquée ou implique de faire plus d'une chose à la fois. Le bruit intermittent a tendance à être plus perturbateur que le bruit continu, en particulier lorsque les périodes de bruit sont imprévisibles et incontrôlables. Certaines recherches indiquent que les gens sont moins susceptibles de s'entraider et plus susceptibles d'afficher un comportement antisocial dans des environnements bruyants que dans des environnements calmes. (Pour un examen détaillé des effets du bruit sur le rendement au travail, voir Suter 1992).
Contrariété
Bien que le terme « gêne » soit plus souvent lié aux problèmes de bruit de la communauté, tels que les aéroports ou les pistes de course, les travailleurs industriels peuvent également se sentir ennuyés ou irrités par le bruit de leur lieu de travail. Cette gêne peut être liée à l'interférence de la communication vocale et de la performance au travail décrite ci-dessus, mais elle peut également être due au fait que de nombreuses personnes ont une aversion pour le bruit. Parfois, l'aversion pour le bruit est si forte qu'un travailleur cherchera un emploi ailleurs, mais cette opportunité n'est souvent pas réalisable. Après une période d'adaptation, la plupart ne sembleront plus autant gênés, mais ils pourront tout de même se plaindre de fatigue, d'irritabilité et d'insomnie. (L'ajustement sera plus efficace si les jeunes travailleurs sont correctement équipés de protecteurs auditifs dès le début, avant qu'ils ne développent une perte auditive.) Fait intéressant, ce type d'information fait parfois surface après une entreprise lance un programme de contrôle du bruit et de préservation de l'ouïe parce que les travailleurs auraient pris conscience du contraste entre les conditions antérieures et l'amélioration ultérieure.
Effets extra-auditifs
En tant que facteur de stress biologique, le bruit peut influencer l'ensemble du système physiologique. Le bruit agit de la même manière que les autres facteurs de stress, provoquant des réactions de l'organisme qui peuvent être nocives à long terme et entraîner des troubles connus sous le nom de « maladies du stress ». Face au danger dans les temps primitifs, le corps passait par une série de changements biologiques, se préparant soit à se battre, soit à fuir (la réponse classique « combat ou fuite »). Il est prouvé que ces changements persistent avec l'exposition à un bruit fort, même si une personne peut se sentir « ajustée » au bruit.
La plupart de ces effets semblent être transitoires, mais avec une exposition continue, certains effets nocifs se sont avérés chroniques chez les animaux de laboratoire. Plusieurs études sur les travailleurs industriels pointent également dans cette direction, tandis que certaines études ne montrent aucun effet significatif (Rehm 1983 ; van Dijk 1990). Les preuves sont probablement les plus solides pour les effets cardiovasculaires tels que l'augmentation de la pression artérielle ou les modifications de la chimie du sang. Un ensemble important d'études de laboratoire sur des animaux a montré des niveaux de pression artérielle élevés chroniques résultant d'une exposition au bruit d'environ 85 à 90 dBA, qui ne sont pas revenus à la ligne de base après l'arrêt de l'exposition (Peterson et al. 1978, 1981 et 1983).
Des études sur la chimie du sang montrent des niveaux accrus d'épinéphrine et de noradrénaline catécholamines en raison de l'exposition au bruit (Rehm 1983), et une série d'expériences menées par des chercheurs allemands ont trouvé un lien entre l'exposition au bruit et le métabolisme du magnésium chez les humains et les animaux (Ising et Kruppa 1993). La pensée actuelle soutient que les effets extra-auditifs du bruit sont très probablement médiés psychologiquement, par l'aversion au bruit, ce qui rend très difficile l'obtention de relations dose-réponse. (Pour un aperçu complet de ce problème, voir Ising et Kruppa 1993.)
Étant donné que les effets extra-auditifs du bruit sont médiés par le système auditif, ce qui signifie qu'il est nécessaire d'entendre le bruit pour que des effets indésirables se produisent, une protection auditive bien ajustée devrait réduire la probabilité de ces effets exactement comme elle le fait avec la perte auditive. .
Pour prévenir les effets nocifs du bruit sur les travailleurs, il convient de prêter attention au choix d'instruments, de méthodes de mesure et de procédures appropriés pour évaluer l'exposition des travailleurs. Il est important d'évaluer correctement les différents types d'exposition au bruit, tels que le bruit continu, intermittent et impulsif, de distinguer les environnements sonores avec des spectres de fréquence différents, ainsi que de tenir compte de la variété des situations de travail, telles que les ateliers de forgeage, salles abritant des compresseurs d'air, des procédés de soudage par ultrasons, etc. Les principaux objectifs de la mesure du bruit en milieu de travail sont (1) d'identifier les travailleurs surexposés et de quantifier leurs expositions et (2) d'évaluer la nécessité à la fois d'un contrôle technique du bruit et des autres types de contrôle indiqués. D'autres utilisations de la mesure du bruit consistent à évaluer l'efficacité de contrôles de bruit particuliers et à déterminer les niveaux de fond dans les salles audiométriques.
Instruments de mesure
Les instruments de mesure du bruit comprennent les sonomètres, les dosimètres de bruit et les équipements auxiliaires. L'instrument de base est le sonomètre, un instrument électronique composé d'un microphone, d'un amplificateur, de divers filtres, d'un dispositif d'élévation au carré, d'un moyenneur exponentiel et d'un afficheur calibré en décibels (dB). Les sonomètres sont classés selon leur précision, allant du plus précis (type 0) au moins précis (type 3). Le type 0 est généralement utilisé en laboratoire, le type 1 est utilisé pour d'autres mesures de niveau sonore de précision, le type 2 est le compteur à usage général et le type 3, le compteur de sondage, n'est pas recommandé pour un usage industriel. La figure 1 et la figure 2 illustrent un sonomètre.
Figure 1. Sonomètre—vérification de l'étalonnage. Avec l'aimable autorisation de Larson Davis
Figure 2. Sonomètre avec écran anti-vent. Avec l'aimable autorisation de Larson Davis
Les spécifications des sonomètres peuvent être trouvées dans les normes nationales et internationales, telles que l'Organisation internationale de normalisation (ISO), la Commission électrotechnique internationale (CEI) et l'American National Standards Institute (ANSI). Les publications CEI CEI 651 (1979) et CEI 804 (1985) concernent les sonomètres de types 0, 1 et 2, avec des pondérations de fréquence A, B et C, et « lent », « rapide » et « impulsionnel ». constantes de temps. La norme ANSI S1.4-1983, telle que modifiée par la norme ANSI S1.4A-1985, fournit également des spécifications pour les sonomètres.
Pour faciliter une analyse acoustique plus détaillée, des ensembles de filtres à bande d'octave complète et à bande 1/3 d'octave peuvent être attachés ou inclus dans les sonomètres modernes. De nos jours, les sonomètres deviennent de plus en plus petits et faciles à utiliser, tandis que leurs possibilités de mesure s'élargissent.
Pour mesurer les expositions au bruit non stables, telles que celles qui se produisent dans des environnements de bruit intermittent ou impulsionnel, un sonomètre intégrateur est le plus pratique à utiliser. Ces compteurs peuvent mesurer simultanément les niveaux sonores équivalents, crêtes et maximaux, et calculer, enregistrer et stocker automatiquement plusieurs valeurs. Le dosimètre de bruit ou « dosimètre » est une forme de sonomètre intégrateur qui peut être porté dans la poche de la chemise ou attaché aux vêtements du travailleur. Les données du dosimètre de bruit peuvent être informatisées et imprimées.
Il est important de s'assurer que les instruments de mesure du bruit sont toujours correctement calibrés. Cela signifie vérifier l'étalonnage acoustique de l'instrument avant et après chaque utilisation quotidienne, ainsi qu'effectuer des évaluations électroniques à des intervalles appropriés.
Méthodes de mesure
Les méthodes de mesure du bruit à utiliser dépendent des objectifs de mesure, à savoir évaluer :
La norme internationale ISO 2204 donne trois types de méthode de mesure du bruit : (1) la méthode d'enquête, (2) la méthode d'ingénierie et (3) la méthode de précision.
La méthode d'enquête
Cette méthode nécessite le moins de temps et de matériel. Les niveaux de bruit d'une zone de travail sont mesurés avec un sonomètre en utilisant un nombre limité de points de mesure. Bien qu'il n'y ait pas d'analyse détaillée de l'environnement acoustique, des facteurs temporels doivent être notés, tels que le caractère constant ou intermittent du bruit et la durée d'exposition des travailleurs. Le réseau de pondération A est généralement utilisé dans la méthode d'enquête, mais lorsqu'il existe une composante basse fréquence prédominante, le réseau de pondération C ou la réponse linéaire peut être approprié.
La méthode d'ingénierie
Avec cette méthode, les mesures de niveau sonore pondérées A ou celles utilisant d'autres réseaux de pondération sont complétées par des mesures utilisant des filtres de bande d'octave complète ou de 1/3 d'octave. Le nombre de points de mesure et les gammes de fréquence sont choisis en fonction des objectifs de mesure. Les facteurs temporels doivent à nouveau être enregistrés. Cette méthode est utile pour évaluer les interférences avec la communication vocale en calculant les niveaux d'interférence de la parole (SIL), ainsi que pour l'ingénierie des programmes de réduction du bruit et pour estimer les effets auditifs et non auditifs du bruit.
La méthode de précision
Cette méthode est requise pour les situations complexes, où la description la plus complète du problème de bruit est nécessaire. Les mesures globales du niveau sonore sont complétées par des mesures d'octave complète ou de bande de 1/3 d'octave et des historiques de temps sont enregistrés pour des intervalles de temps appropriés en fonction de la durée et des fluctuations du bruit. Par exemple, il peut être nécessaire de mesurer les niveaux sonores de crête des impulsions à l'aide du paramètre « Peak Hold » d'un instrument, ou de mesurer les niveaux d'infrasons ou d'ultrasons, nécessitant des capacités de mesure de fréquence spéciales, la directivité du microphone, etc.
Ceux qui utilisent la méthode de précision doivent s'assurer que la plage dynamique de l'instrument est suffisamment grande pour éviter un « dépassement » lors de la mesure des impulsions et que la réponse en fréquence doit être suffisamment large si des infrasons ou des ultrasons doivent être mesurés. L'instrument doit être capable de mesurer des fréquences aussi basses que 2 Hz pour les infrasons et jusqu'à au moins 16 kHz pour les ultrasons, avec des microphones suffisamment petits.
Les étapes de « bon sens » suivantes peuvent être utiles pour le mesureur de bruit novice :
Si les mesures sont effectuées à l'extérieur, les données météorologiques pertinentes, telles que le vent, la température et l'humidité, doivent être notées si elles sont considérées comme importantes. Un pare-brise doit toujours être utilisé pour les mesures en extérieur, et même pour certaines mesures en intérieur. Les instructions du fabricant doivent toujours être suivies pour éviter l'influence de facteurs tels que le vent, l'humidité, la poussière et les champs électriques et magnétiques, qui peuvent affecter les lectures.
Procédures de mesure
Il existe deux approches de base pour mesurer le bruit en milieu de travail :
Évaluation de l'exposition des travailleurs
Pour évaluer le risque de perte auditive due à des expositions spécifiques au bruit, le lecteur doit consulter la norme internationale ISO 1999 (1990). La norme contient un exemple de cette évaluation des risques dans son annexe D.
Les expositions au bruit devraient être mesurées à proximité de l'oreille du travailleur et, lors de l'évaluation du risque relatif d'exposition des travailleurs, les soustractions devraient ne sauraient être faite pour l'atténuation apportée par les protections auditives. La raison de cette mise en garde est qu'il existe des preuves considérables que l'atténuation fournie par les protecteurs auditifs lorsqu'ils sont portés au travail est souvent inférieure à la moitié de l'atténuation estimée par le fabricant. La raison en est que les données du fabricant sont obtenues dans des conditions de laboratoire et que ces appareils ne sont généralement pas ajustés et portés aussi efficacement sur le terrain. À l'heure actuelle, il n'existe pas de norme internationale pour estimer l'atténuation des protecteurs auditifs tels qu'ils sont portés sur le terrain, mais une bonne règle empirique serait de diviser les valeurs de laboratoire par deux.
Dans certaines circonstances, notamment celles impliquant des tâches difficiles ou des travaux nécessitant de la concentration, il peut être important de minimiser le stress ou la fatigue liés à l'exposition au bruit en adoptant des mesures de contrôle du bruit. Cela peut être vrai même pour des niveaux de bruit modérés (inférieurs à 85 dBA), lorsqu'il y a peu de risque de déficience auditive, mais que le bruit est gênant ou fatigant. Dans de tels cas, il peut être utile d'effectuer des évaluations de sonie à l'aide de la norme ISO 532 (1975), Méthode de calcul du niveau de sonie.
Les interférences avec la communication vocale peuvent être estimées selon la norme ISO 2204 (1979) en utilisant «l'indice d'articulation», ou plus simplement en mesurant les niveaux sonores dans les bandes d'octave centrées sur 500, 1,000 2,000 et XNUMX XNUMX Hz, ce qui donne le «niveau d'interférence de la parole». .
Critères d'exposition
Le choix des critères d'exposition au bruit dépend de l'objectif à atteindre, comme la prévention de la perte auditive ou la prévention du stress et de la fatigue. Les expositions maximales admissibles en termes de niveaux de bruit quotidiens moyens varient selon les pays de 80 à 85 à 90 dBA, avec des paramètres commerciaux (taux de change) de 3, 4 ou 5 dBA. Dans certains pays, comme la Russie, les niveaux de bruit admissibles sont fixés entre 50 et 80 dBA, selon le type de travail effectué et en tenant compte de la charge de travail mentale et physique. Par exemple, les niveaux admissibles pour le travail informatique ou l'exécution d'un travail de bureau exigeant sont de 50 à 60 dBA. (Pour plus d'informations sur les critères d'exposition, voir l'article « Normes et réglementations » dans ce chapitre.)
Idéalement, le moyen le plus efficace de contrôle du bruit est d'empêcher la source de bruit de pénétrer dans l'environnement de l'usine en premier lieu, en établissant un programme efficace « Buy Quiet » pour fournir au lieu de travail des équipements conçus pour un faible niveau de bruit. Pour mener à bien un tel programme, un énoncé clair et bien rédigé des spécifications pour limiter les caractéristiques sonores des nouveaux équipements, installations et procédés de l'usine doit être conçu pour prendre en compte les risques liés au bruit. Un bon programme intègre également la surveillance et la maintenance.
Une fois l'équipement installé et le bruit excessif identifié par des mesures du niveau sonore, le problème du contrôle du bruit devient plus compliqué. Cependant, il existe des contrôles techniques disponibles qui peuvent être adaptés à l'équipement existant. De plus, il existe généralement plus d'une option de contrôle du bruit pour chaque problème. Par conséquent, il devient important pour la personne qui gère le programme de contrôle du bruit de déterminer les moyens les plus réalisables et les plus économiques disponibles pour réduire le bruit dans chaque situation donnée.
Contrôle du bruit dans l'usine et la conception de produits
L'utilisation de spécifications écrites pour définir les exigences relatives à l'équipement, son installation et son acceptation est une pratique courante dans l'environnement actuel. L'une des principales opportunités dans le domaine du contrôle du bruit qui s'offre au concepteur d'usine est d'influencer la sélection, l'achat et l'agencement de nouveaux équipements. Lorsqu'elle est correctement rédigée et administrée, la mise en œuvre d'un programme « Buy Quiet » par le biais de spécifications d'achat peut s'avérer être un moyen efficace de contrôler le bruit.
L'approche la plus proactive en matière de contrôle du bruit au stade de la conception des installations et de l'acquisition des équipements existe en Europe. En 1985, les douze États membres de la Communauté européenne (CE) - aujourd'hui l'Union européenne (UE) - ont adopté des directives «nouvelle approche» conçues pour traiter une large catégorie d'équipements ou de machines, plutôt que des normes individuelles pour chaque type d'équipement. À la fin de 1994, trois directives « nouvelle approche » avaient été publiées, qui contenaient des exigences en matière de bruit. Ces Directives sont :
Le premier article listé ci-dessus (89/392/CEE) est communément appelé la Directive Machines. Cette directive oblige les fabricants d'équipements à inclure le contrôle du bruit comme élément essentiel de la sécurité des machines. L'objectif fondamental de ces mesures est que les machines ou équipements destinés à être vendus au sein de l'UE doivent satisfaire aux exigences essentielles en matière de bruit. En conséquence, depuis la fin des années 1980, les fabricants intéressés par la commercialisation au sein de l'UE ont mis l'accent sur la conception d'équipements à faible bruit.
Pour les entreprises en dehors de l'UE qui tentent de mettre en œuvre un programme volontaire "Buy Quiet", le degré de succès obtenu dépend en grande partie du calendrier et de l'engagement de l'ensemble de la hiérarchie de gestion. La première étape du programme consiste à établir des critères de bruit acceptables pour la construction d'une nouvelle usine, l'agrandissement d'une installation existante et l'achat de nouveaux équipements. Pour que le programme soit efficace, les limites de bruit spécifiées doivent être considérées à la fois par l'acheteur et le vendeur comme une exigence absolue. Lorsqu'un produit ne répond pas aux autres paramètres de conception de l'équipement, tels que la taille, le débit, la pression, l'élévation de température admissible, etc., il est jugé inacceptable par la direction de l'entreprise. C'est le même engagement qui doit être suivi en ce qui concerne les niveaux de bruit afin de réussir un programme "Buy Quiet".
En ce qui concerne l'aspect temporel mentionné ci-dessus, plus la prise en compte des aspects sonores d'un projet ou d'un achat d'équipement est précoce dans le processus de conception, plus la probabilité de succès est grande. Dans de nombreuses situations, le concepteur de l'usine ou l'acheteur de l'équipement aura le choix entre les types d'équipement. La connaissance des caractéristiques sonores des différentes alternatives lui permettra de préciser les plus silencieuses.
Outre la sélection de l'équipement, une implication précoce dans la conception de l'agencement de l'équipement au sein de l'usine est essentielle. Déplacer l'équipement sur papier pendant la phase de conception d'un projet est clairement beaucoup plus facile que de déplacer physiquement l'équipement plus tard, surtout une fois que l'équipement est en fonctionnement. Une règle simple à suivre consiste à maintenir ensemble les machines, les processus et les zones de travail à un niveau de bruit approximativement égal ; et séparer les zones particulièrement bruyantes et particulièrement calmes par des zones tampons ayant des niveaux de bruit intermédiaires.
La validation des critères de bruit en tant qu'exigence absolue nécessite un effort de coopération entre le personnel de l'entreprise des départements tels que l'ingénierie, le juridique, les achats, l'hygiène industrielle et l'environnement. Par exemple, les services d'hygiène industrielle, de sécurité et/ou du personnel peuvent déterminer les niveaux de bruit souhaités pour les équipements, ainsi que mener des enquêtes sonores pour qualifier les équipements. Ensuite, les ingénieurs de l'entreprise peuvent rédiger les spécifications d'achat et sélectionner des types d'équipements silencieux. L'agent d'achat administrera très probablement le contrat et s'appuiera sur les représentants du service juridique pour l'aider à l'exécution. La participation de toutes ces parties devrait commencer dès le début du projet et se poursuivre par les demandes de financement, la planification, la conception, l'appel d'offres, l'installation et la mise en service.
Même le document de spécification le plus complet et le plus concis est de peu de valeur à moins que la responsabilité de la conformité ne soit placée sur le fournisseur ou le fabricant. Un langage contractuel clair doit être utilisé pour définir les moyens de déterminer la conformité. Les procédures de l'entreprise conçues pour promulguer des garanties doivent être consultées et suivies. Il peut être souhaitable d'inclure des clauses pénales en cas de non-conformité. L'engagement de l'acheteur à veiller à ce que les exigences soient respectées est au premier plan de la stratégie d'application de la loi. Le compromis sur les critères de bruit en échange du coût, de la date de livraison, de la performance ou d'autres concessions devrait être l'exception et non la règle.
Aux États-Unis, l'ANSI a publié la norme ANSI S12.16 : Lignes directrices pour la spécification du bruit des nouvelles machines (1992). Cette norme est un guide utile pour la rédaction d'une spécification de bruit interne à l'entreprise. De plus, cette norme fournit des directives pour obtenir des données sur le niveau sonore auprès des fabricants d'équipements. Une fois obtenues du fabricant, les données peuvent ensuite être utilisées par les concepteurs d'usines pour planifier l'agencement des équipements. En raison des différents types d'équipements et d'outils distincts pour lesquels cette norme a été préparée, il n'existe pas de protocole d'enquête unique approprié pour la mesure des données de niveau sonore. Par conséquent, cette norme contient des informations de référence sur la procédure de mesure du son appropriée pour tester une variété d'équipements fixes. Ces procédures d'enquête ont été préparées par l'organisation commerciale ou professionnelle appropriée aux États-Unis responsable d'un type ou d'une classe d'équipement particulier.
Modernisation de l'équipement existant
Avant de pouvoir décider ce qui doit être fait, il devient nécessaire d'identifier la cause première du bruit. À cette fin, il est utile de comprendre comment le bruit est généré. Le bruit est créé pour la plupart par des impacts mécaniques, un flux d'air à grande vitesse, un flux de fluide à grande vitesse, des surfaces vibrantes d'une machine et assez souvent par le produit en cours de fabrication. En ce qui concerne ce dernier élément, c'est souvent le cas dans les industries manufacturières et de transformation telles que la métallurgie, la fabrication du verre, la transformation des aliments, l'exploitation minière, etc., que l'interaction entre le produit et les machines transmet l'énergie qui crée le bruit.
Identification des sources
L'un des aspects les plus difficiles du contrôle du bruit est l'identification de la source réelle. Dans un environnement industriel typique, il y a généralement plusieurs machines fonctionnant simultanément, ce qui rend difficile l'identification de la cause première du bruit. Cela est particulièrement vrai lorsqu'un sonomètre standard (SLM) est utilisé pour évaluer l'environnement acoustique. Le SLM fournit généralement un niveau de pression acoustique (SPL) à un emplacement spécifique, qui est très probablement le résultat de plus d'une source de bruit. Par conséquent, il incombe à l'enquêteur d'employer une approche systématique qui aidera à séparer les sources individuelles et leur contribution relative au SPL global. Les techniques d'enquête suivantes peuvent être utilisées pour aider à identifier l'origine ou la source du bruit :
L'une des méthodes les plus efficaces pour localiser la source du bruit consiste à mesurer son spectre de fréquences. Une fois les données mesurées, il est très utile de représenter graphiquement les résultats afin de pouvoir observer visuellement les caractéristiques de la source. Pour la plupart des problèmes de réduction du bruit, les mesures peuvent être effectuées avec des filtres à bande d'octave complets (1/1) ou un tiers (1/3) utilisés avec le SLM. L'avantage de la mesure par bande de tiers d'octave est qu'elle fournit des informations plus détaillées sur ce qui émane d'un équipement. La figure 1 présente une comparaison entre les mesures de bande 3/1 et 1/1 d'octave effectuées à proximité d'une pompe à neuf pistons. Comme le montre cette figure, les données de la bande 1/3 d'octave identifient clairement la fréquence de pompage et bon nombre de ses harmoniques. Si l'on n'utilise que des données 1/3 ou pleine bande d'octave, comme illustré par la ligne continue et tracée à chaque fréquence de bande centrale sur la figure 1, il devient plus difficile de diagnostiquer ce qui se passe dans la pompe. Avec des données de bande d'octave 1/1, il y a un total de neuf points de données entre 1 Hertz (Hz) et 1 25 Hz, comme le montre cette figure. Cependant, il y a un total de 10,000 points de données dans cette gamme de fréquences avec l'utilisation de mesures de bande de 27/1 d'octave. De toute évidence, les données de bande de 3/1 d'octave fourniront des données plus utiles pour identifier la cause première d'un bruit. Cette information est essentielle si l'objectif est de contrôler le bruit à la source. Si le seul intérêt est de traiter le trajet de transmission des ondes sonores, alors des données en bande d'octave 3/1 seront suffisantes pour sélectionner des produits ou des matériaux acoustiquement appropriés.
Figure 1. Comparaison entre les données des bandes 1/1 et 1/3 d'octave
La figure 2 montre une comparaison entre le spectre de bande 1/3 d'octave mesuré à 3 pieds du tuyau de croisement d'un compresseur de refroidisseur de liquide et le niveau de fond mesuré à environ 25 pieds (veuillez noter les approximations données dans la note de bas de page). Cette position représente la zone générale où les employés traversent généralement cette pièce. Dans la plupart des cas, la salle des compresseurs n'est pas régulièrement occupée par des travailleurs. La seule exception existe lorsque les travailleurs de maintenance réparent ou révisent d'autres équipements dans la salle. Outre le compresseur, plusieurs autres grosses machines fonctionnent dans ce domaine. Pour faciliter l'identification des principales sources de bruit, plusieurs spectres de fréquences ont été mesurés à proximité de chacun des équipements. Lorsque chaque spectre a été comparé aux données à la position d'arrière-plan dans la passerelle, seul le tuyau de croisement de l'unité de compresseur présentait une forme de spectre similaire. Par conséquent, on peut en conclure qu'il s'agit de la principale source de bruit contrôlant le niveau mesuré au passage des employés. Ainsi, comme le montre la figure 2, grâce à l'utilisation de données de fréquence mesurées à proximité de l'équipement et en comparant graphiquement les sources individuelles aux données enregistrées aux postes de travail des employés ou dans d'autres zones d'intérêt, il est souvent possible d'identifier les sources dominantes de bruits. clairement.
Figure 2. Comparaison entre le tuyau de croisement et le niveau de fond
Lorsque le niveau sonore fluctue, comme avec un équipement cyclique, il est utile de mesurer le niveau sonore global pondéré A en fonction du temps. Avec cette procédure, il est important d'observer et de documenter les événements qui se produisent au fil du temps. La figure 3 présente le niveau sonore mesuré au poste de travail de l'opérateur sur un cycle complet de la machine. Le processus représenté sur la figure 3 représente celui d'une machine d'emballage de produits, qui a un temps de cycle d'environ 95 secondes. Comme le montre la figure, le niveau de bruit maximal de 96.2 dBA se produit lors de la libération d'air comprimé, 33 secondes après le début du cycle de la machine. Les autres événements importants sont également étiquetés dans la figure, ce qui permet d'identifier la source et la contribution relative de chaque activité pendant le cycle d'emballage complet.
Figure 3. Poste de travail pour opérateur de conditionnement
Dans les environnements industriels où il existe plusieurs lignes de traitement avec le même équipement, il est utile de comparer les données de fréquence d'équipements similaires les unes aux autres. La figure 4 illustre cette comparaison pour deux lignes de processus similaires, qui fabriquent toutes deux le même produit et fonctionnent à la même vitesse. Une partie du processus implique l'utilisation d'un dispositif actionné pneumatiquement qui perce un trou d'un demi-pouce dans le produit comme phase finale de sa production. L'examen de cette figure révèle clairement que la ligne #1 a un niveau sonore global supérieur de 5 dBA à la ligne #2. De plus, le spectre représenté pour la ligne #1 contient une fréquence fondamentale et de nombreuses harmoniques qui n'apparaissent pas dans le spectre de la ligne #2. Par conséquent, il est nécessaire de rechercher la cause de ces différences. Souvent, des différences importantes seront une indication du besoin d'entretien, comme ce fut le cas pour le mécanisme de poinçonnage final de la ligne #2. Cependant, ce problème de bruit particulier nécessitera des mesures de contrôle supplémentaires puisque le niveau global sur la ligne #1 est encore relativement élevé. Mais le but de cette technique d'enquête est d'identifier les différents problèmes de bruit qui peuvent exister entre des équipements et des processus similaires qui peuvent être facilement résolus avec une maintenance efficace ou d'autres ajustements.
Figure 4. Opération de poinçonnage final pour des lignes de processus identiques
Comme mentionné ci-dessus, un SLM fournit généralement un SPL qui comprend de l'énergie acoustique provenant d'une ou plusieurs sources de bruit. Dans des conditions de mesure optimales, il serait préférable de mesurer chaque équipement avec tous les autres équipements éteints. Bien que cette situation soit idéale, il est rarement pratique d'arrêter la centrale pour permettre l'isolement d'une source particulière. Afin de contourner cette limitation, il est souvent efficace d'utiliser des mesures de contrôle temporaires avec certaines sources de bruit qui fourniront une certaine réduction du bruit à court terme afin de permettre la mesure d'une autre source. Certains matériaux disponibles qui peuvent fournir une réduction temporaire comprennent les enceintes en contreplaqué, les couvertures acoustiques, les silencieux et les barrières. Souvent, l'application permanente de ces matériaux créera des problèmes à long terme tels que l'accumulation de chaleur, des interférences avec l'accès de l'opérateur ou le flux de produit, ou des chutes de pression coûteuses associées à des silencieux mal sélectionnés. Cependant, pour aider à isoler les composants individuels, ces matériaux peuvent être efficaces comme contrôle à court terme.
Une autre méthode disponible pour isoler une machine ou un composant particulier consiste à allumer et éteindre différents équipements ou sections d'une chaîne de production. Pour effectuer efficacement ce type d'analyse de diagnostic, le processus doit être capable de fonctionner avec l'élément sélectionné désactivé. Ensuite, pour que cette procédure soit légitime, il est essentiel que le processus de fabrication ne soit en aucune manière affecté. Si le processus est affecté, il est tout à fait possible que la mesure ne soit pas représentative du niveau de bruit dans des conditions normales. Enfin, toutes les données valides peuvent ensuite être classées par ordre de grandeur de la valeur dBA globale pour aider à hiérarchiser les équipements pour le contrôle technique du bruit.
Sélection des options de contrôle du bruit appropriées
Une fois que la cause ou la source du bruit est identifiée et que l'on sait comment il rayonne dans les zones de travail des employés, l'étape suivante consiste à décider quelles peuvent être les options de contrôle du bruit disponibles. Le modèle standard utilisé en ce qui concerne le contrôle de presque tous les risques pour la santé consiste à examiner les diverses options de contrôle telles qu'elles s'appliquent à la source, au chemin et au récepteur. Dans certaines situations, le contrôle de l'un de ces éléments sera suffisant. Cependant, dans d'autres circonstances, il peut arriver que le traitement de plusieurs éléments soit nécessaire pour obtenir un environnement sonore acceptable.
La première étape du processus de contrôle du bruit devrait consister à tenter une certaine forme de traitement à la source. En effet, la modification de la source s'attaque à la cause première d'un problème de bruit, tandis que le contrôle du chemin de transmission du son avec des barrières et des enceintes ne traite que les symptômes du bruit. Dans les situations où il existe plusieurs sources dans une machine et où l'objectif est de traiter la source, il sera nécessaire de traiter tous les mécanismes générateurs de bruit composant par composant.
Pour les bruits excessifs générés par des impacts mécaniques, les options de contrôle à étudier peuvent inclure des méthodes pour réduire la force motrice, réduire la distance entre les composants, équilibrer les équipements rotatifs et installer des raccords d'isolation des vibrations. En ce qui concerne le bruit provenant d'un écoulement d'air ou d'un fluide à grande vitesse, la principale modification consiste à réduire la vitesse du fluide, en supposant que cette option soit réalisable. Parfois, la vitesse peut être réduite en augmentant la section transversale du pipeline en question. Les obstructions dans le pipeline doivent être éliminées pour permettre un écoulement simplifié, ce qui réduira les variations de pression et les turbulences dans le milieu transporté. Enfin, l'installation d'un silencieux ou d'un silencieux de taille appropriée peut fournir une réduction significative du bruit global. Le fabricant du silencieux doit être consulté pour une assistance dans la sélection du dispositif approprié, en fonction des paramètres de fonctionnement et des contraintes énoncées par l'acheteur.
Lorsque les surfaces vibrantes d'une machine agissent comme une caisse de résonance pour le bruit aérien, les options de contrôle incluent une réduction de la force motrice associée au bruit, la création de sections plus petites à partir de surfaces plus grandes, la perforation de la surface, l'augmentation de la rigidité du substrat ou la masse, et l'application de matériaux d'amortissement ou de raccords d'isolation des vibrations. En ce qui concerne l'utilisation de matériaux d'isolation et d'amortissement des vibrations, le fabricant du produit doit être consulté pour une assistance dans la sélection des matériaux appropriés et des procédures d'installation. Enfin, dans de nombreuses industries, le produit réellement fabriqué sera souvent un radiateur efficace de bruit aérien. Dans ces situations, il est important d'évaluer les moyens de sécuriser étroitement ou de mieux soutenir le produit pendant la fabrication. Une autre mesure de contrôle du bruit à étudier consisterait à réduire la force d'impact entre la machine et le produit, entre les parties du produit lui-même ou entre des éléments de produit distincts.
Souvent, la refonte du processus ou de l'équipement et la modification de la source peuvent s'avérer irréalisables. De plus, il peut y avoir des situations où il est pratiquement impossible d'identifier la cause profonde du bruit. Lorsque l'une de ces situations existe, l'utilisation de mesures de contrôle pour le traitement du chemin de transmission du son serait un moyen efficace pour réduire le niveau de bruit global. Les deux principales mesures de réduction pour les traitements de chemin sont les enceintes acoustiques et les barrières.
Le développement des enceintes acoustiques est bien avancé sur le marché actuel. Des boîtiers prêts à l'emploi et sur mesure sont disponibles auprès de plusieurs fabricants. Afin de se procurer le système approprié, il est nécessaire que l'acheteur fournisse des informations sur le niveau de bruit global actuel (et éventuellement des données de fréquence), les dimensions de l'équipement, l'objectif de réduction du bruit, le besoin de flux de produits et l'accès des employés, et toute autre contrainte d'exploitation. Le vendeur pourra alors utiliser ces informations pour sélectionner un article en stock ou fabriquer un boîtier personnalisé pour répondre aux besoins de l'acheteur.
Dans de nombreuses situations, il peut être plus économique de concevoir et de construire une enceinte au lieu d'acheter un système commercial. Lors de la conception d'enceintes, de nombreux facteurs doivent être pris en considération pour que l'enceinte soit satisfaisante tant du point de vue acoustique que de la production. Les directives spécifiques pour la conception de l'enceinte sont les suivantes :
Dimensions de l'enceinte. Il n'y a pas de directive critique pour la taille ou les dimensions d'une enceinte. La meilleure règle à suivre est le plus gros le meilleur. Il est essentiel qu'un dégagement suffisant soit fourni pour permettre à l'équipement d'effectuer tous les mouvements prévus sans entrer en contact avec l'enceinte.
Mur d'enceinte. La réduction du bruit fournie par une enceinte dépend des matériaux utilisés dans la construction des murs et de l'étanchéité de l'enceinte. La sélection des matériaux appropriés pour le mur de l'enceinte doit être déterminée en utilisant les règles empiriques suivantes (Moreland 1979) :
TLrequis=NR+20dBA
TLrequis=NR+15dBA
TLrequis=NR+10dBA.
Dans ces expressions TLrequis est la perte de transmission requise du mur ou du panneau de l'enceinte, et NR est la réduction de bruit souhaitée pour atteindre l'objectif de réduction.
Scellés. Pour une efficacité maximale, tous les joints muraux de l'enceinte doivent être bien ajustés. Les ouvertures autour des pénétrations de tuyaux, du câblage électrique, etc., doivent être scellées avec du mastic non durcissant tel que du mastic au silicone.
Absorption interne. Pour absorber et dissiper l'énergie acoustique, la surface interne de l'enceinte doit être recouverte d'un matériau acoustiquement absorbant. Le spectre de fréquences de la source doit être utilisé pour sélectionner le matériau approprié. Les données d'absorption publiées par le fabricant fournissent la base pour faire correspondre le matériau à la source de bruit. Il est important de faire correspondre les facteurs d'absorption maximum aux fréquences de la source qui ont les niveaux de pression acoustique les plus élevés. Le fournisseur ou le fabricant du produit peut également aider à sélectionner le matériau le plus efficace en fonction du spectre de fréquences de la source.
Isolement de l'enceinte. Il est important que la structure de l'enceinte soit séparée ou isolée de l'équipement afin d'assurer que les vibrations mécaniques ne soient pas transmises à l'enceinte elle-même. Lorsque des pièces de la machine, telles que des pénétrations de tuyaux, entrent en contact avec l'enceinte, il est important d'inclure des raccords d'isolation des vibrations au point de contact pour court-circuiter tout chemin de transmission potentiel. Enfin, si la machine fait vibrer le sol, la base de l'enceinte doit également être traitée avec un matériau d'isolation des vibrations.
Assurer le flux de produits. Comme avec la plupart des équipements de production, il sera nécessaire de déplacer le produit dans et hors de l'enceinte. L'utilisation de canaux ou de tunnels à revêtement acoustique peut permettre l'écoulement du produit tout en assurant une absorption acoustique. Pour minimiser les fuites de bruit, il est recommandé que tous les passages soient trois fois plus longs que la largeur intérieure de la plus grande dimension de l'ouverture du tunnel ou du canal.
Assurer l'accès des travailleurs. Des portes et des fenêtres peuvent être installées pour fournir un accès physique et visuel à l'équipement. Il est essentiel que toutes les fenêtres aient au moins les mêmes propriétés de perte de transmission que les murs de l'enceinte. Ensuite, toutes les portes d'accès doivent être hermétiquement scellées sur tous les bords. Pour empêcher le fonctionnement de l'équipement avec les portes ouvertes, il est recommandé d'inclure un système de verrouillage qui permet le fonctionnement uniquement lorsque les portes sont complètement fermées.
Ventilation de l'enceinte. Dans de nombreuses applications d'enceinte, il y aura une accumulation excessive de chaleur. Pour faire passer l'air de refroidissement à travers l'enceinte, un ventilateur d'une capacité de 650 à 750 pieds cubes/mètres doit être installé sur la sortie ou le conduit d'évacuation. Enfin, les conduits d'admission et d'évacuation doivent être revêtus d'un matériau absorbant.
Protection du matériel absorbant. Pour éviter que le matériau absorbant ne soit contaminé, une barrière anti-éclaboussures doit être appliquée sur le revêtement absorbant. Cela devrait être d'un matériau très léger, tel qu'un film plastique d'un millième de pouce. La couche absorbante doit être maintenue avec du métal déployé, de la tôle perforée ou du tissu de quincaillerie. Le matériau de revêtement doit avoir au moins 25 % de surface ouverte.
Un traitement alternatif du chemin de transmission du son consiste à utiliser une barrière acoustique pour bloquer ou protéger le récepteur (le travailleur exposé au bruit) du chemin direct du son. Une barrière acoustique est un matériau à perte de transmission élevée, tel qu'une cloison ou un mur solide, inséré entre la source de bruit et le récepteur. En bloquant le chemin direct de la ligne de visée vers la source, la barrière amène les ondes sonores à atteindre le récepteur par réflexion sur diverses surfaces de la pièce et par diffraction sur les bords de la barrière. En conséquence, le niveau de bruit global est réduit à l'emplacement du récepteur.
L'efficacité d'une barrière est fonction de son emplacement par rapport à la source de bruit ou aux récepteurs et de ses dimensions globales. Pour maximiser la réduction potentielle du bruit, la barrière doit être située aussi près que possible de la source ou du récepteur. Ensuite, la barrière doit être aussi haute et large que possible. Pour bloquer efficacement le chemin du son, un matériau à haute densité, de l'ordre de 4 à 6 lb/pi3, Devrait être utilisé. Enfin, la barrière ne doit pas contenir d'ouvertures ou d'espaces, ce qui peut réduire considérablement son efficacité. S'il est nécessaire d'inclure une fenêtre pour un accès visuel à l'équipement, il est alors important que la fenêtre ait un indice de transmission acoustique au moins équivalent à celui du matériau de barrière lui-même.
La dernière option pour réduire l'exposition au bruit des travailleurs consiste à traiter l'espace ou la zone où l'employé travaille. Cette option est plus pratique pour les activités professionnelles, telles que l'inspection des produits ou les stations de surveillance de l'équipement, où les déplacements des employés sont confinés à une zone relativement petite. Dans ces situations, une cabine ou un abri acoustique peut être installé pour isoler les employés et les soulager des niveaux de bruit excessifs. Les expositions quotidiennes au bruit seront réduites tant qu'une partie importante du quart de travail est passée à l'intérieur de l'abri. Pour construire un tel abri, les directives décrites précédemment pour la conception de l'enceinte doivent être consultées.
En conclusion, la mise en œuvre d'un programme efficace « Buy Quiet » devrait être la première étape d'un processus de contrôle total du bruit. Cette approche vise à empêcher l'achat ou l'installation de tout équipement qui pourrait présenter un problème de bruit. Cependant, pour les situations où des niveaux de bruit excessifs existent déjà, il est alors nécessaire d'évaluer systématiquement l'environnement sonore afin de développer l'option de contrôle technique la plus pratique pour chaque source de bruit individuelle. Pour déterminer la priorité et l'urgence relatives de la mise en œuvre des mesures de contrôle du bruit, les expositions des employés, l'occupation de l'espace et les niveaux de bruit globaux de la zone doivent être pris en compte. De toute évidence, un aspect important du résultat souhaité est d'obtenir la réduction maximale de l'exposition au bruit des employés pour les fonds monétaires investis et que le plus haut degré de protection des employés soit assuré en même temps.
Les auteurs remercient le Département du travail de Caroline du Nord pour l'autorisation de réutiliser les matériaux développés lors de la rédaction d'un guide de l'industrie NCDOL sur la conservation de l'ouïe.
L'objectif principal des programmes de conservation de l'ouïe au travail (HCP) est de prévenir la perte auditive causée par le bruit au travail en raison d'expositions dangereuses au bruit sur le lieu de travail (Royster et Royster 1989 et 1990). Cependant, la personne – qui sera qualifiée par la suite de « personne clé » – qui est chargée de rendre le HCP efficace doit faire preuve de bon sens pour modifier ces pratiques en fonction de la situation locale afin d'atteindre l'objectif recherché : la protection des travailleurs contre les expositions professionnelles nocives au bruit. Un objectif secondaire de ces programmes devrait être d'éduquer et de motiver les individus de manière à ce qu'ils choisissent également de se protéger des expositions nocives au bruit non professionnel et de transmettre leurs connaissances sur la conservation de l'ouïe à leurs familles et amis.
La figure 1 montre les distributions de plus de 10,000 8 échantillons d'exposition au bruit provenant de quatre sources dans deux pays, y compris une variété d'environnements de travail industriels, miniers et militaires. Les échantillons sont des valeurs moyennes pondérées dans le temps sur 3 heures basées sur des taux d'échange de 4, 5 et 90 dB. Ces données indiquent qu'environ 95 % des expositions quotidiennes équivalentes au bruit sont de 10 dBA ou moins, et seulement 95 % dépassent XNUMX dBA.
Figure 1. Estimation du risque d'exposition au bruit pour différentes populations
L'importance des données de la figure 1, en supposant qu'elles s'appliquent à la plupart des pays et des populations, est simplement qu'une grande majorité d'employés exposés au bruit doivent atteindre seulement 10 dBA de protection contre le bruit pour éliminer le danger. Lorsque des protections auditives (DPA) sont portées pour assurer cette protection, les responsables de la santé des travailleurs doivent prendre le temps d'équiper chacun d'un appareil confortable, pratique pour l'environnement, prenant en compte les besoins auditifs de l'individu (capacité à entendre signaux d'avertissement, parole, etc.), et fournit un joint acoustique lorsqu'il est porté jour après jour dans des environnements réels.
Cet article présente un ensemble condensé de bonnes pratiques de conservation de l'audition, résumées dans la liste de contrôle présentée à la figure 2.
Figure 2. Liste de contrôle des bonnes pratiques HCP
Avantages de la préservation de l'ouïe
La prévention de la surdité professionnelle profite au salarié en préservant les capacités auditives essentielles à une bonne qualité de vie : communication interpersonnelle, plaisir de la musique, détection des sons d'avertissement, et bien d'autres. Le professionnel de la santé offre un avantage en matière de dépistage de la santé, car les pertes auditives non professionnelles et les maladies de l'oreille potentiellement traitables sont souvent détectées par des audiogrammes annuels. La réduction de l'exposition au bruit réduit également le stress et la fatigue potentiels liés au bruit.
L'employeur profite directement de la mise en place d'un HCP efficace qui maintient la bonne audition des employés, puisque les travailleurs resteront plus productifs et plus polyvalents si leurs capacités de communication ne sont pas altérées. Des professionnels de la santé efficaces peuvent réduire les taux d'accidents et promouvoir l'efficacité au travail.
Phases d'un HCP
Reportez-vous à la liste de contrôle de la figure 2 pour plus de détails sur chaque phase. Différents membres du personnel peuvent être responsables de différentes phases, et ce personnel constitue l'équipe HCP.
Enquêtes d'exposition sonore
Les sonomètres ou les dosimètres de bruit personnels sont utilisés pour mesurer les niveaux sonores sur le lieu de travail et estimer l'exposition au bruit des travailleurs afin de déterminer si un professionnel de la santé est nécessaire ; si c'est le cas, les données ainsi recueillies aideront à établir des politiques HCP appropriées pour protéger les employés (Royster, Berger et Royster 1986). Les résultats de l'enquête identifient les employés (par département ou poste) qui seront inclus dans le HCP, les zones qui devraient être affichées pour le port obligatoire de protections auditives et les protections auditives adéquates. Des échantillons adéquats de conditions de production représentatives sont nécessaires pour classer les expositions en plages (inférieures à 85 dBA, 85-89, 90-94, 95-99 dBA, etc.). La mesure des niveaux sonores pondérés A lors de l'enquête générale sur le bruit identifie souvent les sources de bruit dominantes dans les zones de l'usine où des études techniques de contrôle du bruit de suivi peuvent réduire considérablement l'exposition des employés.
Ingénierie et contrôle administratif du bruit
Les contrôles du bruit peuvent réduire l'exposition des employés au bruit à un niveau sûr, éliminant ainsi la nécessité d'un programme de préservation de l'ouïe. Les contrôles d'ingénierie (voir "Contrôle du bruit d'ingénierie" [NOI03AE] dans ce chapitre) impliquent des modifications de la source de bruit (comme l'installation de silencieux sur les buses d'échappement d'air), le trajet du bruit (comme le placement d'enceintes insonorisantes autour de l'équipement) ou le récepteur (comme la construction d'une enceinte autour du poste de travail de l'employé). L'apport du travailleur est souvent nécessaire pour concevoir de telles modifications afin de s'assurer qu'elles sont pratiques et qu'elles n'interféreront pas avec ses tâches. De toute évidence, les expositions dangereuses des employés au bruit doivent être réduites ou éliminées au moyen de contrôles techniques du bruit chaque fois que cela est pratique et faisable.
Les contrôles administratifs du bruit comprennent le remplacement des anciens équipements par de nouveaux modèles plus silencieux, le respect des programmes de maintenance des équipements liés au contrôle du bruit et des modifications des horaires de travail des employés pour réduire les doses de bruit en limitant le temps d'exposition lorsque cela est pratique et techniquement conseillé. La planification et la conception pour atteindre des niveaux de bruit non dangereux lorsque de nouvelles installations de production sont mises en service est un contrôle administratif qui peut également éliminer le besoin d'un HCP.
Éducation et motivation
Les membres de l'équipe HCP et les employés ne participeront pas activement à la conservation de l'ouïe à moins qu'ils ne comprennent son objectif, comment ils bénéficieront directement du programme et que le respect des exigences de sécurité et de santé de l'entreprise est une condition d'emploi. Sans éducation significative pour motiver les actions individuelles, le HCP échouera (Royster et Royster 1986). Les sujets à couvrir doivent inclure les éléments suivants : l'objectif et les avantages du HCP, les méthodes et les résultats d'enquêtes sonores, l'utilisation et le maintien de traitements techniques de contrôle du bruit pour réduire les expositions, les expositions dangereuses au bruit en dehors du travail, comment le bruit endommage l'ouïe, les conséquences de la perte auditive dans la vie quotidienne, la sélection et l'ajustement des protections auditives et l'importance d'un port régulier, la façon dont les tests audiométriques identifient les changements auditifs pour indiquer le besoin d'une plus grande protection et les politiques de l'employeur en matière de HCP. Idéalement, ces sujets peuvent être expliqués à de petits groupes d'employés lors de réunions sur la sécurité, en laissant suffisamment de temps pour les questions. Dans les professionnels de la santé efficaces, la phase d'éducation est un processus continu, et pas seulement une présentation annuelle, car le personnel des professionnels de la santé saisit chaque jour l'occasion de rappeler aux autres comment conserver leur audition.
Protection de l'ouïe
L'employeur fournit des dispositifs de protection auditive (bouchons d'oreilles, cache-oreilles et dispositifs semi-inserts) que les employés doivent porter tant que des niveaux de bruit dangereux existent sur le lieu de travail. Parce que des contrôles de bruit d'ingénierie réalisables n'ont pas été développés pour de nombreux types d'équipements industriels, les protecteurs auditifs sont la meilleure option actuelle pour prévenir la perte auditive induite par le bruit dans ces situations. Comme indiqué précédemment, la plupart des travailleurs exposés au bruit n'ont besoin d'atteindre qu'une atténuation de 10 dB pour être correctement protégés du bruit. Avec le grand choix de protecteurs auditifs disponibles aujourd'hui, une protection adéquate peut être facilement obtenue (Royster 1985; Royster et Royster 1986) si les appareils sont adaptés individuellement à chaque employé pour obtenir une étanchéité acoustique avec un confort acceptable, et si l'on enseigne au travailleur comment portez l'appareil correctement pour maintenir une étanchéité acoustique, mais systématiquement chaque fois qu'un risque de bruit existe.
Évaluations audiométriques
Chaque individu exposé devrait recevoir un contrôle auditif de base suivi de nouveaux contrôles annuels pour surveiller l'état de l'audition et détecter tout changement auditif. Un audiomètre est utilisé dans une cabine d'insonorisation pour tester les seuils auditifs de l'employé à 0.5, 1, 2, 3, 4, 6 et 8 kHz. Si le HCP est efficace, les résultats audiométriques des employés ne montreront pas de changements significatifs associés aux dommages auditifs induits par le bruit au travail. Si des modifications auditives suspectes sont découvertes, le technicien en audiométrie et l'audiologiste ou le médecin qui examine le dossier peuvent conseiller à l'employé de porter les HPD avec plus de soin, évaluer si des HPD mieux ajustés sont nécessaires et motiver l'individu à faire plus attention à protéger son entendre au travail et en dehors. Parfois, des causes non professionnelles de modification de l'audition peuvent être identifiées, telles que des coups de feu ou une exposition au bruit d'un passe-temps, ou des problèmes d'oreille médicaux. La surveillance audiométrique n'est utile que si le contrôle de la qualité des procédures de test est maintenu et si les résultats sont utilisés pour déclencher le suivi des personnes présentant des modifications auditives importantes (Royster 1985).
Tenue de dossiers
Les exigences relatives au type de registres à conserver et à la durée de leur conservation varient selon les pays. Dans les pays où les litiges et l'indemnisation des accidents du travail sont des questions importantes, les dossiers doivent être conservés plus longtemps que ne l'exigent les réglementations professionnelles, car ils sont souvent utiles à des fins juridiques. L'objectif de la tenue de dossiers est de documenter la façon dont les employés ont été protégés du bruit (Royster et Royster 1989 et 1990). Les dossiers particulièrement importants comprennent les procédures et les résultats de l'enquête sonore, l'étalonnage et les résultats audiométriques, les actions de suivi en réponse aux changements auditifs des employés et la documentation de l'ajustement et de la formation des protecteurs auditifs. Les dossiers doivent inclure les noms du personnel qui a effectué les tâches du PS ainsi que les résultats.
Évaluation du programme
Caractéristiques des programmes efficaces
Les professionnels de la santé qui réussissent partagent les caractéristiques suivantes et promeuvent une « culture de la sécurité » en ce qui concerne tous les programmes de sécurité (lunettes de sécurité, « casques », comportement de levage sécuritaire, etc.).
La "personne clé"
La stratégie la plus importante pour faire fonctionner efficacement les cinq phases du HCP est de les unir sous la supervision d'une personne d'importance centrale (Royster et Royster 1989 et 1990). Dans les petites entreprises où une seule personne peut en fait s'occuper de toutes les facettes du HCP, le manque de coordination n'est généralement pas un problème. Cependant, à mesure que la taille de l'organisation augmente, différents types de personnel sont impliqués dans le HCP : personnel de sécurité, personnel médical, ingénieurs, hygiénistes industriels, superviseurs de bancs d'outils, superviseurs de production et autres. Avec du personnel de différentes disciplines réalisant différents aspects du programme, il devient très difficile de coordonner leurs efforts à moins qu'une « personne clé » ne soit en mesure de superviser l'ensemble du HCP. Le choix de cette personne est essentiel au succès du programme. L'une des principales qualifications de la personne clé est un véritable intérêt pour le HCP de l'entreprise.
La personne clé est toujours accessible et est sincèrement intéressée par les commentaires ou les plaintes qui peuvent aider à améliorer le HCP. Cette personne ne prend pas une attitude distante ou ne reste pas dans un bureau, exécutant le HCP sur papier par mandat, mais passe du temps dans les ateliers de production ou partout où les travailleurs sont actifs afin d'interagir avec eux et d'observer comment les problèmes peuvent être évités ou résolus.
Communications actives et rôles
Les principaux membres de l'équipe HCP doivent se réunir régulièrement pour discuter de l'avancement du programme et s'assurer que toutes les tâches sont exécutées. Une fois que les personnes chargées de différentes tâches comprendront comment leurs propres rôles contribuent au résultat global du programme, elles coopéreront mieux pour prévenir la perte auditive. La personne clé peut réaliser cette communication et cette coopération actives si la direction lui donne le pouvoir de prendre des décisions HCP et les allocations de ressources pour agir sur les décisions une fois qu'elles sont prises. Le succès du HCP dépend de chacun, du plus haut patron au stagiaire le plus récemment embauché ; chacun a un rôle important. Le rôle de la direction consiste principalement à soutenir le professionnel de la santé et à appliquer ses politiques en tant que facette du programme global de santé et de sécurité de l'entreprise. Pour les cadres intermédiaires et les superviseurs, le rôle est plus direct : ils contribuent à la réalisation des cinq phases. Le rôle des employés est de participer activement au programme et d'être agressif en faisant des suggestions pour améliorer le fonctionnement du HCP. Cependant, pour que la participation des employés réussisse, la direction et l'équipe HCP doivent être réceptives aux commentaires et répondre réellement aux commentaires des employés.
Protecteurs auditifs – efficaces et appliqués
L'importance des politiques de protection auditive pour le succès des professionnels de la santé est soulignée par deux caractéristiques souhaitées pour des professionnels de la santé efficaces : une application stricte de l'utilisation des protecteurs auditifs (il doit y avoir une application réelle, pas seulement une politique sur papier) et la disponibilité de protecteurs potentiellement efficaces pour une utilisation par les porteurs dans l'environnement de travail. Les appareils potentiellement efficaces sont suffisamment pratiques et confortables pour que les employés les portent régulièrement, et ils offrent une atténuation sonore adéquate sans altérer la communication par une surprotection.
Influences externes limitées sur le HCP
Si les décisions locales du HCP sont limitées par des politiques mandatées par le siège social, la personne clé peut avoir besoin de l'aide de la haute direction pour obtenir des exceptions aux règles de l'entreprise ou externes afin de répondre aux besoins locaux. La personne clé doit également garder un contrôle strict sur tous les services fournis par des consultants externes, des entrepreneurs ou des représentants du gouvernement (tels que des sondages sonores ou des audiogrammes). Lorsque des sous-traitants sont utilisés, il est plus difficile d'intégrer leurs services de manière cohérente dans l'ensemble du HCP, mais il est essentiel de le faire. Si le personnel de l'usine ne donne pas suite en utilisant les informations fournies par les sous-traitants, les éléments contractuels du programme perdent de leur efficacité. L'expérience montre clairement qu'il est très difficile d'établir et de maintenir un HCP efficace qui dépend principalement d'entrepreneurs externes.
Contrairement aux caractéristiques précédentes, voici une liste de certaines causes courantes d'inefficacité des professionnels de la santé.
Évaluation objective des données audiométriques
Les données audiométriques de la population exposée au bruit permettent de savoir si le professionnel de la santé prévient la perte auditive professionnelle. Au fil du temps, le taux de changement auditif des employés exposés au bruit ne devrait pas être supérieur à celui des témoins appariés sans travail bruyant. Pour donner une indication précoce de l'efficacité du HCP, des procédures d'analyse de bases de données audiométriques ont été développées en utilisant la variabilité d'une année à l'autre des valeurs seuils (Royster et Royster 1986 ; ANSI 1991).
Conditions
Dans le domaine du bruit au travail, les termes réglementation, Standardet législation sont souvent utilisés de manière interchangeable, même si techniquement ils peuvent avoir des significations légèrement différentes. Une norme est un ensemble codifié de règles ou de lignes directrices, un peu comme un règlement, mais elle peut être élaborée sous les auspices d'un groupe de consensus, comme l'Organisation internationale de normalisation (ISO). La législation se compose de lois prescrites par les autorités législatives ou par les organes directeurs locaux.
De nombreuses normes nationales sont appelées législation. Certains organismes officiels utilisent également les termes normes et réglementations. Le Conseil des Communautés européennes (CCE) émet Directives. Tous les membres de la Communauté européenne devaient « harmoniser » leurs normes de bruit (réglementations ou législation) avec la directive CEE de 1986 sur l'exposition professionnelle au bruit d'ici 1990 (CEC 1986). Cela signifie que les normes et réglementations en matière de bruit des pays membres devaient être au moins aussi protectrices que la directive CEE. Aux États-Unis, un réglementation est une règle ou un ordre prescrit par une autorité gouvernementale et est généralement plus de la nature d'une formalité que d'une norme.
Certaines nations ont un code de pratique, ce qui est un peu moins formel. Par exemple, la norme nationale australienne pour l'exposition professionnelle au bruit se compose de deux courts paragraphes énonçant des règles obligatoires, suivis d'un code de pratique de 35 pages qui fournit des conseils pratiques sur la manière dont la norme doit être mise en œuvre. Les codes de pratique n'ont généralement pas la force juridique d'une réglementation ou d'une législation.
Un autre terme utilisé occasionnellement est recommandation, qui s'apparente plus à une ligne directrice qu'à une règle impérative et n'est pas exécutoire. Dans cet article, le terme Standard seront utilisés de manière générique pour représenter les normes de bruit de tous les degrés de formalité.
Normes consensuelles
L'une des normes de bruit les plus utilisées est ISO 1999, Acoustique : Détermination de l'exposition professionnelle au bruit et estimation de la déficience auditive induite par le bruit (ISO 1990). Cette norme consensuelle internationale représente une révision d'une version antérieure moins détaillée et peut être utilisée pour prédire l'ampleur de la perte auditive attendue dans divers centiles de la population exposée à diverses fréquences audiométriques en fonction du niveau et de la durée de l'exposition, de l'âge et le sexe.
L'ISO est actuellement très active dans le domaine de la normalisation du bruit. Son comité technique TC43 « Acoustique » travaille sur une norme pour évaluer l'efficacité des programmes de préservation de l'audition. Selon von Gierke (1993), le sous-comité 43 (SC1) du TC1 compte 21 groupes de travail, dont certains examinent plus de trois normes chacun. Le TC43/SC1 a publié 58 normes relatives au bruit et 63 normes supplémentaires sont en cours de révision ou de préparation (von Gierke 1993).
Critères de risque de dommages
Le terme critères de risque de dommages fait référence au risque de déficience auditive dû à différents niveaux de bruit. De nombreux facteurs entrent dans l'élaboration de ces critères et normes en plus des données décrivant l'ampleur de la perte auditive résultant d'une certaine exposition au bruit. Il y a à la fois des considérations techniques et politiques.
Les questions suivantes sont de bons exemples de considérations politiques : Quelle proportion de la population exposée au bruit doit être protégée, et quel degré de perte auditive constitue un risque acceptable ? Doit-on protéger même les membres les plus sensibles de la population exposée contre toute perte auditive ? Ou faut-il protéger uniquement contre un handicap auditif indemnisable ? Cela revient à une question de savoir quelle formule de perte auditive utiliser, et différents organismes gouvernementaux ont considérablement varié dans leurs sélections.
Au cours des années précédentes, des décisions réglementaires ont été prises qui permettaient des quantités importantes de perte auditive comme un risque acceptable. La définition la plus courante était un niveau de seuil d'audition moyen (ou « seuil bas ») de 25 dB ou plus aux fréquences audiométriques de 500, 1,000 2,000 et 25 1,000 Hz. Depuis lors, les définitions de « déficience auditive » ou « handicap auditif » sont devenues plus restrictives, différentes nations ou groupes de consensus préconisant des définitions différentes. Par exemple, certaines agences gouvernementales américaines utilisent désormais 2,000 dB à 3,000 20, 25 1,000 et 2,000 4,000 Hz. D'autres définitions peuvent incorporer une clôture basse de XNUMX ou XNUMX dB à XNUMX XNUMX, XNUMX XNUMX et XNUMX XNUMX Hz, et peuvent inclure une gamme de fréquences plus large.
En général, comme les définitions incluent des fréquences plus élevées et des « clôtures » ou niveaux de seuil d'audition plus bas, le risque acceptable devient plus strict et un pourcentage plus élevé de la population exposée semblera à risque à des niveaux de bruit donnés. S'il ne doit y avoir aucun risque de perte auditive due à l'exposition au bruit, même chez les membres les plus sensibles de la population exposée, la limite d'exposition admissible devrait être aussi basse que 75 dBA. En effet, la directive CEE a établi un niveau équivalent (Leq) de 75 dBA comme niveau auquel le risque est négligeable, et ce niveau a également été proposé comme objectif pour les installations de production suédoises (Kihlman 1992).
Dans l'ensemble, l'opinion qui prévaut à ce sujet est qu'il est acceptable qu'une main-d'œuvre exposée au bruit perde un peu d'ouïe, mais pas trop. Quant à savoir combien c'est trop, il n'y a pas de consensus pour le moment. Selon toute probabilité, la plupart des nations rédigent des normes et des réglementations dans le but de maintenir le risque à un niveau minimum tout en tenant compte de la faisabilité technique et économique, mais sans parvenir à un consensus sur des questions telles que les fréquences, la clôture ou le pourcentage de la population à protége toi.
Présentation des critères de risque de dommages
Les critères de perte auditive induite par le bruit peuvent être présentés de deux manières : décalage permanent du seuil induit par le bruit (NIPTS) ou pourcentage de risque. Le NIPTS est la quantité de changement de seuil permanent restant dans une population après soustraction du changement de seuil qui se produirait « normalement » pour des causes autres que le bruit professionnel. Le pourcentage de risque est le pourcentage d'une population présentant un certain degré de déficience auditive due au bruit après soustraire le pourcentage d'une population similaire ne sauraient exposés au bruit professionnel. Ce concept est parfois appelé excès de risque. Malheureusement, aucune des deux méthodes n'est sans problèmes.
Le problème avec l'utilisation du NIPTS seul est qu'il est difficile de résumer les effets du bruit sur l'audition. Les données sont généralement présentées dans un grand tableau montrant le décalage de seuil induit par le bruit pour chaque fréquence audiométrique en fonction du niveau de bruit, des années d'exposition et du centile de population. Le concept de pourcentage de risque est plus attrayant car il utilise des nombres uniques et semble facile à comprendre. Mais le problème avec le pourcentage de risque est qu'il peut varier énormément en fonction d'un certain nombre de facteurs, en particulier la hauteur de la clôture du seuil auditif et les fréquences utilisées pour définir la déficience auditive (ou handicap).
Avec les deux méthodes, l'utilisateur doit s'assurer que les populations exposées et non exposées sont soigneusement appariées pour des facteurs tels que l'âge et l'exposition au bruit non professionnel.
Normes nationales de bruit
Le tableau 1 donne quelques-unes des principales caractéristiques des normes d'exposition au bruit de plusieurs pays. La plupart des informations sont à jour au moment de cette publication, mais certaines normes peuvent avoir été récemment révisées. Les lecteurs sont invités à consulter les versions les plus récentes des normes nationales.
Tableau 1. Limites d'exposition admissibles (PEL), taux de change et autres exigences d'exposition au bruit selon le pays
Pays, date |
PEL Lav., 8 heures, dBAa |
Taux de change, dBAb |
Lmax rms Lpic SPL |
Contrôle d'ingénierie de niveau dBAc |
Test audiométrique de niveau dBAc |
Argentine |
90 |
3 |
110 dBA |
||
L'Australie,1 1993 |
85 |
3 |
Pic 140 dB |
85 |
85 |
Brésil, 1992 |
85 |
5 |
115 dBA |
85 |
|
Canada,2 1990 |
87 |
3 |
87 |
84 |
|
CCE,3, 4 1986 |
85 |
3 |
Pic 140 dB |
90 |
85 |
Chili |
85 |
5 |
115 dBA |
||
Chine,5 1985 |
70-90 |
3 |
115 dBA |
||
Finlande, 1982 |
85 |
3 |
85 |
||
France, 1990 |
85 |
3 |
Pic 135 dB |
85 |
|
Allemagne,3, 6 1990 |
85 |
3 |
Pic 140 dB |
90 |
85 |
Hongrie |
85 |
3 |
125 dBA |
90 |
|
L'Inde,7 1989 |
90 |
115 dBA |
|||
Israël, 1984 |
85 |
5 |
115 dBA |
||
Italie, 1990 |
85 |
3 |
Pic 140 dB |
90 |
85 |
Pays-Bas, 8 1987 |
80 |
3 |
Pic 140 dB |
85 |
|
Nouvelle-Zélande,9 1981 |
85 |
3 |
115 dBA |
||
Norvège,10 1982 |
85 |
3 |
110 dBA |
80 |
|
Espagne, 1989 |
85 |
3 |
Pic 140 dB |
90 |
80 |
Suède, 1992 |
85 |
3 |
115 dBA |
85 |
85 |
Royaume-Uni, 1989 |
85 |
3 |
Pic 140 dB |
90 |
85 |
États-Unis,11 1983 |
90 |
5 |
115 dBA |
90 |
85 |
Uruguay |
90 |
3 |
110 dBA |
a PEL = limite d'exposition admissible.
b Taux de change. Parfois appelé taux de doublement ou rapport d'échange temps/intensité, il s'agit de la quantité de variation du niveau de bruit (en dB) autorisée pour chaque réduction de moitié ou doublement de la durée d'exposition.
c À l'instar du PEL, les niveaux déclenchant les exigences relatives aux contrôles techniques et aux tests audiométriques sont également, vraisemblablement, des niveaux moyens.
Sources : Arenas 1995 ; Gunn ; Embleton 1994; OIT 1994. Les normes publiées de divers pays ont été davantage consultées.
Remarques sur le tableau 1.
1 Les niveaux des contrôles techniques, des tests auditifs et d'autres éléments du programme de conservation de l'ouïe sont définis dans un code de pratique.
2 Il existe certaines variations entre les différentes provinces canadiennes : l'Ontario, le Québec et le Nouveau-Brunswick utilisent 90 dBA avec un taux d'échange de 5 dB ; L'Alberta, la Nouvelle-Écosse et Terre-Neuve utilisent 85 dBA avec un taux d'échange de 5 dB; et la Colombie-Britannique utilise 90 dBA avec un taux de change de 3 dB. Tous nécessitent des contrôles techniques au niveau du PEL. Le Manitoba exige certaines pratiques de conservation de l'ouïe au-dessus de 80 dBA, des protecteurs auditifs et une formation sur demande au-dessus de 85 dBA et des contrôles techniques au-dessus de 90 dBA.
3 Le Conseil des Communautés européennes (86/188/CEE) et l'Allemagne (UVV Larm-1990) déclarent qu'il n'est pas possible de donner une limite précise pour l'élimination des risques auditifs et du risque d'autres problèmes de santé liés au bruit. Par conséquent, l'employeur est tenu de réduire le niveau de bruit autant que possible, en tenant compte du progrès technique et de la disponibilité de mesures de contrôle. D'autres pays de la CE peuvent également avoir adopté cette approche.
4 Les pays compris dans la Communauté européenne devaient avoir des normes au moins conformes à la directive CEE au 1er janvier 1990.
5 La Chine exige différents niveaux pour différentes activités : par exemple, 70 dBA pour les chaînes d'assemblage de précision, les ateliers de transformation et les salles informatiques ; 75 dBA pour les salles de garde, d'observation et de repos ; 85 dBA pour les nouveaux ateliers ; et 90 dBA pour les ateliers existants.
6 L'Allemagne a également des normes de bruit de 55 dBA pour les tâches mentalement stressantes et de 70 dBA pour le travail de bureau mécanisé.
7 Recommandation.
8 La législation néerlandaise sur le bruit exige un contrôle technique du bruit à 85 dBA « à moins que cela ne puisse être raisonnablement exigé ». Une protection auditive doit être fournie au-dessus de 80 dBA et les travailleurs sont tenus de la porter à des niveaux supérieurs à 90 dBA.
9 La Nouvelle-Zélande exige un maximum de 82 dBA pour une exposition de 16 heures. Les casques antibruit doivent être portés dans des niveaux de bruit supérieurs à 115 dBA.
10 La Norvège exige un PEL de 55 dBA pour les travaux nécessitant une grande concentration mentale, 85 dBA pour les travaux nécessitant une communication verbale ou une grande précision et attention, et 85 dBA pour les autres environnements de travail bruyants. Les limites recommandées sont inférieures de 10 dB. Les travailleurs exposés à des niveaux de bruit supérieurs à 85 dBA doivent porter des protections auditives.
11 Ces niveaux s'appliquent à la norme de bruit OSHA, couvrant les travailleurs de l'industrie générale et des métiers maritimes. Les services militaires américains exigent des normes un peu plus strictes. L'US Air Force et l'US Army utilisent toutes deux un PEL de 85 dBA et un taux de change de 3 dB.
Le tableau 1 montre clairement la tendance de la plupart des pays à utiliser une limite d'exposition admissible (PEL) de 85 dBA, alors qu'environ la moitié des normes utilisent encore 90 dBA pour se conformer aux exigences des contrôles techniques, comme le permet la directive CEE. La grande majorité des pays énumérés ci-dessus ont adopté le taux de change de 3 dB, à l'exception d'Israël, du Brésil et du Chili, qui utilisent tous la règle de 5 dB avec un niveau de critère de 85 dBA. L'autre exception notable concerne les États-Unis (dans le secteur civil), bien que l'US Army et l'US Air Force aient adopté la règle des 3 dB.
En plus de leurs exigences pour protéger les travailleurs contre la perte auditive, plusieurs pays incluent des dispositions pour prévenir d'autres effets néfastes du bruit. Certains pays mentionnent la nécessité de se protéger contre les effets extra-auditifs du bruit dans leurs réglementations. Tant la directive CEE que la norme allemande reconnaissent que le bruit sur le lieu de travail comporte un risque pour la santé et la sécurité des travailleurs au-delà de la perte auditive, mais que les connaissances scientifiques actuelles sur les effets extra-auditifs ne permettent pas de fixer des niveaux de sécurité précis.
La norme norvégienne inclut une exigence selon laquelle les niveaux de bruit ne doivent pas dépasser 70 dBA dans les environnements de travail où la communication vocale est nécessaire. La norme allemande préconise la réduction du bruit pour la prévention des risques d'accident, et la Norvège et l'Allemagne exigent un niveau de bruit maximal de 55 dBA pour améliorer la concentration et prévenir le stress pendant les tâches mentales.
Certains pays ont des normes de bruit spéciales pour différents types de lieux de travail. Par exemple, la Finlande et les États-Unis ont des normes de bruit pour les cabines de véhicules à moteur, l'Allemagne et le Japon spécifient des niveaux de bruit pour les bureaux. D'autres incluent le bruit comme l'un des nombreux dangers réglementés dans un processus particulier. D'autres normes encore s'appliquent à des types spécifiques d'équipements ou de machines, tels que les compresseurs d'air, les scies à chaîne et les équipements de construction.
En outre, certains pays ont promulgué des normes distinctes pour les dispositifs de protection auditive (comme la directive CEE, les Pays-Bas et la Norvège) et pour les programmes de préservation de l'ouïe (comme la France, la Norvège, l'Espagne, la Suède et les États-Unis).
Certains pays utilisent des approches novatrices pour s'attaquer au problème du bruit au travail. Par exemple, les Pays-Bas ont une norme distincte pour les lieux de travail nouvellement construits, et l'Australie et la Norvège fournissent des informations aux employeurs pour former les fabricants à la fourniture d'équipements plus silencieux.
Il existe peu d'informations sur le degré d'application de ces normes et réglementations. Certains précisent que les employeurs « devraient » prendre certaines mesures (comme dans les codes de pratique ou les lignes directrices), tandis que la plupart précisent que les employeurs « doivent ». Les normes qui utilisent « doit » sont plus susceptibles d'être obligatoires, mais les nations individuelles varient considérablement dans leur capacité et leur inclination à garantir l'application. Même au sein d'un même pays, l'application des normes de bruit au travail peut varier considérablement selon le gouvernement au pouvoir.
Les rayonnements ionisants sont partout. Il arrive de l'espace extra-atmosphérique sous forme de rayons cosmiques. Il se trouve dans l'air sous forme d'émissions de radon radioactif et de ses descendants. Les isotopes radioactifs naturels pénètrent et restent dans tous les êtres vivants. C'est incontournable. En effet, toutes les espèces de cette planète ont évolué en présence de rayonnements ionisants. Bien que les êtres humains exposés à de petites doses de rayonnement puissent ne présenter immédiatement aucun effet biologique apparent, il ne fait aucun doute que les rayonnements ionisants, lorsqu'ils sont administrés en quantités suffisantes, peuvent être nocifs. Ces effets sont bien connus tant en nature qu'en degré.
Bien que les rayonnements ionisants puissent être nocifs, ils ont également de nombreuses utilisations bénéfiques. L'uranium radioactif produit de l'électricité dans les centrales nucléaires de nombreux pays. En médecine, les rayons X produisent des radiographies pour le diagnostic des blessures et des maladies internes. Les médecins de médecine nucléaire utilisent des matières radioactives comme traceurs pour former des images détaillées des structures internes et pour étudier le métabolisme. Des radiopharmaceutiques thérapeutiques sont disponibles pour traiter des troubles tels que l'hyperthyroïdie et le cancer. Les médecins en radiothérapie utilisent des rayons gamma, des faisceaux de pions, des faisceaux d'électrons, des neutrons et d'autres types de rayonnement pour traiter le cancer. Les ingénieurs utilisent des matières radioactives dans les opérations de diagraphie des puits de pétrole et dans les jauges de densité d'humidité du sol. Les radiographes industriels utilisent les rayons X dans le contrôle de la qualité pour examiner les structures internes des appareils fabriqués. Les panneaux de sortie dans les bâtiments et les avions contiennent du tritium radioactif pour les faire briller dans l'obscurité en cas de panne de courant. De nombreux détecteurs de fumée dans les maisons et les bâtiments commerciaux contiennent de l'américium radioactif.
Ces nombreuses utilisations des rayonnements ionisants et des matières radioactives améliorent la qualité de vie et aident la société de plusieurs façons. Les avantages de chaque utilisation doivent toujours être comparés aux risques. Les risques peuvent concerner les travailleurs directement impliqués dans l'application des rayonnements ou des matières radioactives, le public, les générations futures et l'environnement ou toute combinaison de ceux-ci. Au-delà des considérations politiques et économiques, les avantages doivent toujours l'emporter sur les risques lorsqu'il s'agit de rayonnements ionisants.
Rayonnement ionisant
Le rayonnement ionisant est constitué de particules, dont les photons, qui provoquent la séparation des électrons des atomes et des molécules. Cependant, certains types de rayonnement d'énergie relativement faible, tels que la lumière ultraviolette, peuvent également provoquer une ionisation dans certaines circonstances. Pour distinguer ces types de rayonnement des rayonnements qui provoquent toujours une ionisation, une limite d'énergie inférieure arbitraire pour les rayonnements ionisants est généralement fixée à environ 10 kiloélectron volts (keV).
Les rayonnements directement ionisants sont constitués de particules chargées. Ces particules comprennent des électrons énergétiques (parfois appelés négatrons), des positrons, des protons, des particules alpha, des mésons chargés, des muons et des ions lourds (atomes ionisés). Ce type de rayonnement ionisant interagit avec la matière principalement par la force de Coulomb, repoussant ou attirant les électrons des atomes et des molécules en raison de leurs charges.
Les rayonnements ionisants indirects sont constitués de particules non chargées. Les types les plus courants de rayonnements indirectement ionisants sont les photons supérieurs à 10 keV (rayons X et rayons gamma) et tous les neutrons.
Les photons X et gamma interagissent avec la matière et provoquent une ionisation d'au moins trois manières différentes :
un photon donné, n'importe lequel de ceux-ci peut se produire, sauf que la production de paires n'est possible que pour les photons d'énergie supérieure à 1.022 MeV. L'énergie du photon et le matériau avec lequel il interagit déterminent quelle interaction est la plus susceptible de se produire.
La figure 1 montre les régions dans lesquelles chaque type d'interaction de photons domine en fonction de l'énergie des photons et du numéro atomique de l'absorbeur.
Figure 1. Importance relative des trois principales interactions des photons dans la matière
Les interactions les plus courantes des neutrons avec la matière sont les collisions inélastiques, la capture (ou activation) de neutrons et la fission. Ce sont toutes des interactions avec des noyaux. Un noyau entrant en collision inélastique avec un neutron est laissé à un niveau d'énergie plus élevé. Il peut libérer cette énergie sous la forme d'un rayon gamma ou en émettant une particule bêta, ou les deux. Dans la capture de neutrons, un noyau affecté peut absorber le neutron et éjecter de l'énergie sous forme de rayons gamma ou X ou de particules bêta, ou les deux. Les particules secondaires provoquent alors une ionisation comme discuté ci-dessus. Lors de la fission, un noyau lourd absorbe le neutron et se scinde en deux noyaux plus légers presque toujours radioactifs.
Quantités, unités et définitions connexes
La Commission internationale des unités et mesures de rayonnement (ICRU) élabore des définitions formelles internationalement acceptées des quantités et des unités de rayonnement et de radioactivité. La Commission internationale de protection radiologique (CIPR) établit également des normes pour la définition et l'utilisation de diverses grandeurs et unités utilisées en radioprotection. Une description de certaines grandeurs, unités et définitions couramment utilisées en radioprotection suit.
Dose absorbée. C'est la grandeur dosimétrique fondamentale des rayonnements ionisants. Fondamentalement, c'est l'énergie que le rayonnement ionisant confère à la matière par unité de masse. Officiellement,
De D est la dose absorbée, de est l'énergie moyenne conférée à la matière de masse dm. La dose absorbée a des unités de joules par kilogramme (J kg-1). Le nom spécial de l'unité de dose absorbée est le gray (Gy).
Activités. Cette quantité représente le nombre de transformations nucléaires à partir d'un état d'énergie nucléaire donné par unité de temps. Officiellement,
De A est l'activité, dN est la valeur attendue du nombre de transitions nucléaires spontanées à partir de l'état d'énergie donné dans l'intervalle de temps dt. Il est lié au nombre de noyaux radioactifs N par:
où l est la constante de décroissance. L'activité a des unités de secondes inverses (s-1). Le nom particulier de l'unité d'activité est le becquerel (Bq).
Constante de désintégration (l). Cette quantité représente la probabilité par unité de temps qu'une transformation nucléaire se produise pour un radionucléide donné. La constante de décroissance a des unités de secondes inverses (s-1). Elle est liée à la demi-vie t½ d'un radionucléide par :
La constante de décroissance l est liée à la durée de vie moyenne, t, d'un radionucléide par :
La dépendance temporelle de l'activité A(t) et du nombre de noyaux radioactifs N(t) peut être exprimé par ainsi que respectivement.
Effet biologique déterministe. Il s'agit d'un effet biologique causé par les rayonnements ionisants et dont la probabilité d'occurrence est nulle aux faibles doses absorbées mais augmentera fortement jusqu'à l'unité (100 %) au-dessus d'un certain niveau de dose absorbée (le seuil). L'induction de la cataracte est un exemple d'effet biologique stochastique.
Dose efficace. La dose efficace E est la somme des doses équivalentes pondérées dans tous les tissus et organes du corps. Il s'agit d'une quantité de sécurité radiologique, son utilisation n'est donc pas appropriée pour des doses absorbées importantes délivrées dans un laps de temps relativement court. Il est donné par :
De w T est le facteur de pondération des tissus et HT est la dose équivalente pour le tissu T. La dose efficace a des unités de J kg-1. Le nom spécial de l'unité de dose efficace est le sievert (Sv).
Dose équivalente. La dose équivalente HT est la dose absorbée moyenne sur un tissu ou un organe (plutôt qu'en un point) et pondérée en fonction de la qualité du rayonnement qui est d'intérêt. Il s'agit d'une quantité de sécurité radiologique, son utilisation n'est donc pas appropriée pour des doses absorbées importantes délivrées dans un laps de temps relativement court. La dose équivalente est donnée par :
De DT, R est la dose absorbée moyenne sur le tissu ou l'organe T due au rayonnement R et w R
est le facteur de pondération du rayonnement. La dose équivalente a des unités de J kg-1. Le nom spécial de l'unité de dose équivalente est le sievert (Sv).
Demi-vie. Cette quantité est le temps nécessaire pour que l'activité d'un échantillon de radionucléide diminue d'un facteur de moitié. De manière équivalente, c'est le temps nécessaire pour qu'un nombre donné de noyaux dans un état radioactif donné soit réduit d'un facteur de moitié. Il a des unités fondamentales de seconde (s), mais est également couramment exprimé en heures, jours et années. Pour un radionucléide donné, la demi-vie t½ est liée à la constante de décroissance l par :
Transfert d'énergie linéaire. Cette quantité est l'énergie qu'une particule chargée transmet à la matière par unité de longueur lorsqu'elle traverse la matière. Officiellement,
De L est le transfert d'énergie linéaire (également appelé puissance d'arrêt de collision linéaire) et de est l'énergie moyenne perdue par la particule en parcourant une distance dl. Le transfert d'énergie linéaire (LET) a des unités de J m-1.
Durée de vie moyenne. Cette quantité est la durée moyenne de survie d'un état nucléaire avant de subir une transformation vers un état d'énergie inférieure en émettant des rayonnements ionisants. Il a pour unités fondamentales la seconde (s), mais peut également être exprimé en heures, jours ou années. Elle est liée à la constante de décroissance par :
où t est la durée de vie moyenne et l est la constante de désintégration pour un nucléide donné dans un état d'énergie donné.
Facteur de pondération du rayonnement. Ceci est un nombre w R qui, pour un type et une énergie de rayonnement R donnés, est représentative des valeurs de l'efficacité biologique relative de ce rayonnement à induire des effets stochastiques à faibles doses. Les valeurs de w R sont liés au transfert d'énergie linéaire (LET) et sont donnés dans le tableau 1. La figure 2 (au verso) montre la relation entre w R et LET pour les neutrons.
Tableau 1. Facteurs de pondération du rayonnement wR
Type et gamme d'énergie |
wR 1 |
Photons, toutes énergies |
1 |
Électrons et muons, toutes énergies2 |
1 |
Neutrons, énergie 10 keV |
5 |
10 keV à 100 XNUMX keV |
10 |
>100 keV à 2 MeV |
20 |
>2 MeV à 20 MeV |
10 |
>20 MeV |
5 |
Protons, autres que les protons de recul, énergie > 2 MeV |
5 |
Particules alpha, fragments de fission, noyaux lourds |
20 |
1 Toutes les valeurs se rapportent au rayonnement incident sur le corps ou, pour les sources internes, émis par la source.
2 À l'exclusion des électrons Auger émis par les noyaux liés à l'ADN.
Efficacité biologique relative (RBE). L'EBR d'un type de rayonnement par rapport à un autre est le rapport inverse des doses absorbées produisant le même degré d'un point final biologique défini.
Figure 2. Facteurs de pondération du rayonnement pour les neutrons (la courbe lisse doit être traitée comme une approximation)
Effet biologique stochastique. Il s'agit d'un effet biologique causé par les rayonnements ionisants dont la probabilité d'occurrence augmente avec l'augmentation de la dose absorbée, probablement sans seuil, mais dont la sévérité est indépendante de la dose absorbée. Le cancer est un exemple d'effet biologique stochastique.
Facteur de pondération tissulaire w T. Il représente la contribution du tissu ou de l'organe T au détriment total dû à l'ensemble des effets stochastiques résultant d'une irradiation uniforme de l'ensemble du corps. Elle est utilisée car la probabilité d'effets stochastiques dus à une dose équivalente dépend du tissu ou de l'organe irradié. Une dose équivalente uniforme sur tout le corps devrait donner une dose efficace numériquement égale à la somme des doses efficaces pour tous les tissus et organes du corps. Par conséquent, la somme de tous les facteurs de pondération des tissus est normalisée à l'unité. Le tableau 2 donne les valeurs des facteurs de pondération des tissus.
Tableau 2. Facteurs de pondération tissulaire wT
Tissu ou organe |
wT 1 |
Gonades |
0.20 |
Moelle osseuse (rouge) |
0.12 |
Côlon |
0.12 |
Poumon |
0.12 |
Estomac |
0.12 |
Vessie |
0.05 |
Poitrine |
0.05 |
Foie |
0.05 |
Œsophage |
0.05 |
Thyroïde |
0.05 |
Peau |
0.01 |
Surface osseuse |
0.01 |
Reste |
0.052, 3 |
1 Les valeurs ont été élaborées à partir d'une population de référence composée d'un nombre égal de personnes des deux sexes et d'un large éventail d'âges. Dans la définition de la dose efficace, ils s'appliquent aux travailleurs, à l'ensemble de la population et aux deux sexes.
2 Aux fins de calcul, le reste est composé des tissus et organes supplémentaires suivants : surrénales, cerveau, gros intestin supérieur, intestin grêle, reins, muscle, pancréas, rate, thymus et utérus. La liste comprend les organes susceptibles d'être irradiés sélectivement. Certains organes de la liste sont connus pour être sensibles à l'induction du cancer.
3 Dans les cas exceptionnels où un seul des tissus ou organes restants reçoit une dose équivalente supérieure à la dose la plus élevée dans l'un des douze organes pour lesquels un facteur de pondération est spécifié, un facteur de pondération de 0.025 doit être appliqué à ce tissu ou organe et un facteur de pondération de 0.025 à la dose moyenne dans le reste du reste tel que défini ci-dessus.
Après sa découverte par Roentgen en 1895, les rayons X ont été introduits si rapidement dans le diagnostic et le traitement des maladies que des blessures dues à une exposition excessive aux rayonnements ont commencé à être rencontrées presque immédiatement chez les pionniers des rayonnements, qui n'avaient pas encore pris conscience des dangers (Brown 1933). Les premières blessures de ce type étaient principalement des réactions cutanées sur les mains de ceux qui travaillaient avec les premiers équipements de radiothérapie, mais en une décennie, de nombreux autres types de blessures ont également été signalés, y compris les premiers cancers attribués aux rayonnements (Stone 1959).
Tout au long du siècle qui s'est écoulé depuis ces premières découvertes, l'étude des effets biologiques des rayonnements ionisants a reçu une impulsion continue des utilisations croissantes des rayonnements en médecine, en science et dans l'industrie, ainsi que des applications pacifiques et militaires de l'énergie atomique. En conséquence, les effets biologiques des rayonnements ont été étudiés de manière plus approfondie que ceux de pratiquement tout autre agent environnemental. L'évolution des connaissances sur les effets des rayonnements a eu une influence sur l'élaboration de mesures de protection de la santé humaine contre de nombreux autres risques environnementaux en plus des rayonnements.
Nature et mécanismes des effets biologiques des rayonnements
Dépôt d'énergie. Contrairement à d'autres formes de rayonnement, le rayonnement ionisant est capable de déposer suffisamment d'énergie localisée pour déloger les électrons des atomes avec lesquels il interagit. Ainsi, lorsque le rayonnement entre en collision au hasard avec des atomes et des molécules en traversant les cellules vivantes, il donne naissance à des ions et des radicaux libres qui rompent les liaisons chimiques et provoquent d'autres changements moléculaires qui endommagent les cellules affectées. La distribution spatiale des événements ionisants dépend du facteur de pondération du rayonnement, w R du rayonnement (voir tableau 1 et figure 1).
Tableau 1. Facteurs de pondération du rayonnement wR
Type et gamme d'énergie |
wR 1 |
Photons, toutes énergies |
1 |
Électrons et muons, toutes énergies2 |
1 |
Neutrons, énergie <10 keV |
5 |
10 keV à 100 XNUMX keV |
10 |
>100 keV à 2 MeV |
20 |
>2 MeV à 20 MeV |
10 |
>20 MeV |
5 |
Protons, autres que les protons de recul, énergie > 2 MeV |
5 |
Particules alpha, fragments de fission, noyaux lourds |
20 |
1 Toutes les valeurs se rapportent au rayonnement incident sur le corps ou, pour les sources internes, émis par la source.
2 À l'exclusion des électrons Auger émis par les noyaux liés à l'ADN.
Figure 1. Différences entre les différents types de rayonnements ionisants en termes de pouvoir de pénétration dans les tissus
Effets sur l'ADN. Toute molécule de la cellule peut être altérée par les radiations, mais l'ADN est la cible biologique la plus critique en raison de la redondance limitée de l'information génétique qu'il contient. Une dose absorbée de rayonnement suffisamment importante pour tuer la cellule moyenne en division - 2 gray (Gy) - suffit à provoquer des centaines de lésions dans ses molécules d'ADN (Ward 1988). La plupart de ces lésions sont réparables, mais celles produites par un rayonnement fortement ionisant (par exemple, un proton ou une particule alpha) sont généralement moins réparables que celles produites par un rayonnement peu ionisant (par exemple, un rayon X ou un rayon gamma) ( Goodhead 1988). Par conséquent, les rayonnements fortement ionisants (TL élevé) ont généralement une efficacité biologique relative (EBR) plus élevée que les rayonnements faiblement ionisants (TL faible) pour la plupart des formes de blessures (ICRP 1991).
Effets sur les gènes. Les dommages à l'ADN qui ne sont pas réparés ou qui sont mal réparés peuvent se manifester sous la forme de mutations, dont la fréquence semble augmenter en tant que fonction linéaire sans seuil de la dose, environ 10-5 - 10-6 par locus par Gy (NAS 1990). Le fait que le taux de mutation semble être proportionnel à la dose est interprété comme signifiant que la traversée de l'ADN par une seule particule ionisante peut, en principe, suffire à provoquer une mutation (NAS 1990). Chez les victimes de l'accident de Tchernobyl, la relation dose-réponse pour les mutations de la glycophorine dans les cellules de la moelle osseuse ressemble étroitement à celle observée chez les survivants de la bombe atomique (Jensen, Langlois et Bigbee 1995).
Effets sur les chromosomes. Les dommages causés par les rayonnements à l'appareil génétique peuvent également provoquer des modifications du nombre et de la structure des chromosomes, dont la fréquence augmente avec la dose chez les travailleurs sous rayonnement, les survivants de la bombe atomique et d'autres personnes exposées aux rayonnements ionisants. La relation dose-réponse pour les aberrations chromosomiques dans les lymphocytes du sang humain (figure 2) a été suffisamment bien caractérisée pour que la fréquence des aberrations dans ces cellules puisse servir de dosimètre biologique utile (IAEA 1986).
Figure 2. Fréquence des aberrations chromosomiques dicentriques dans les lymphocytes humains en fonction de la dose, du débit de dose et de la qualité de l'irradiation in vitro
Effets sur la survie des cellules. Parmi les réactions les plus précoces à l'irradiation figure l'inhibition de la division cellulaire, qui apparaît rapidement après l'exposition, variant à la fois en degré et en durée avec la dose (figure 3). Bien que l'inhibition de la mitose soit typiquement transitoire, les dommages causés par les radiations aux gènes et aux chromosomes peuvent être mortels pour les cellules en division, qui sont hautement radiosensibles en tant que classe (ICRP 1984). Mesurée en termes de capacité proliférative, la survie des cellules en division tend à décroître de façon exponentielle avec l'augmentation de la dose, 1 à 2 Gy suffisent généralement à réduire la population survivante d'environ 50 % (figure 4).
Figure 3. Inhibition mitotique induite par les rayons X dans les cellules épithéliales cornéennes de rat
Figure 4. Courbes dose-survie typiques pour les cellules de mammifères exposées aux rayons X et aux neutrons rapides
Effets sur les tissus. Les cellules matures qui ne se divisent pas sont relativement radiorésistantes, mais les cellules en division dans un tissu sont radiosensibles et peuvent être tuées en nombre suffisant par une irradiation intensive pour provoquer l'atrophie du tissu (figure 5). La rapidité d'une telle atrophie dépend de la dynamique de la population cellulaire dans le tissu affecté ; c'est-à-dire que dans les organes caractérisés par un renouvellement cellulaire lent, comme le foie et l'endothélium vasculaire, le processus est généralement beaucoup plus lent que dans les organes caractérisés par un renouvellement cellulaire rapide, comme la moelle osseuse, l'épiderme et la muqueuse intestinale (ICRP 1984). Il est à noter, par ailleurs, que si le volume de tissu irradié est suffisamment faible, ou si la dose est accumulée suffisamment progressivement, la gravité de la lésion peut être fortement réduite par la prolifération compensatoire des cellules survivantes.
Figure 5. Séquence caractéristique des événements dans la pathogenèse des effets non stochastiques des rayonnements ionisants
Manifestations cliniques des blessures
Types d'effets. Les effets des rayonnements englobent une grande variété de réactions, variant considérablement dans leurs relations dose-réponse, les manifestations cliniques, le moment et le pronostic (Mettler et Upton 1995). Les effets sont souvent subdivisés, pour plus de commodité, en deux grandes catégories : (1) héritable les effets, qui s'expriment dans la descendance des individus exposés, et (2) somatique effets, qui s'expriment chez les individus exposés eux-mêmes. Ces derniers comprennent les effets aigus, qui surviennent relativement peu de temps après l'irradiation, ainsi que les effets tardifs (ou chroniques), comme le cancer, qui peuvent n'apparaître que des mois, des années ou des décennies plus tard.
Effets aigus. Les effets aigus des rayonnements résultent principalement de l'épuisement des cellules progénitrices dans les tissus affectés (figure 5) et ne peuvent être provoqués que par des doses suffisamment importantes pour tuer un grand nombre de ces cellules (par exemple, tableau 2). Pour cette raison, ces effets sont considérés comme non stochastiqueou déterministe, dans la nature (ICRP 1984 et 1991), contrairement aux effets mutagènes et cancérigènes des rayonnements, considérés comme stochastique phénomènes résultant d'altérations moléculaires aléatoires dans des cellules individuelles qui augmentent en tant que fonctions linéaires sans seuil de la dose (NAS 1990; ICRP 1991).
Tableau 2. Doses seuils approximatives de rayonnement X thérapeutique fractionné de manière conventionnelle pour des effets non stochastiques cliniquement préjudiciables dans divers tissus
Organe |
Blessure à 5 ans |
seuil |
Irradiation |
Peau |
Ulcère, fibrose sévère |
55 |
100 cm2 |
Muqueuse buccale |
Ulcère, fibrose sévère |
60 |
50 cm2 |
Œsophage |
Ulcère, rétrécissement |
60 |
75 cm2 |
Estomac |
Ulcère, perforation |
45 |
100 cm2 |
Intestin grêle |
Ulcère, rétrécissement |
45 |
100 cm2 |
Côlon |
Ulcère, rétrécissement |
45 |
100 cm2 |
Rectum |
Ulcère, rétrécissement |
55 |
100 cm2 |
Glandes salivaires |
Xérostomie |
50 |
50 cm2 |
Foie |
Insuffisance hépatique, ascite |
35 |
la totalité |
Rein |
Néphrosclérose |
23 |
la totalité |
Vessie urinaire |
Ulcère, contracture |
60 |
la totalité |
Tests |
Stérilité permanente |
5-15 |
la totalité |
Ovaire |
Stérilité permanente |
2-3 |
la totalité |
Utérus |
Nécrose, perforation |
> 100 |
la totalité |
Vagin |
Ulcère, fistule |
90 |
5 cm2 |
Sein, enfant |
Hypoplasie |
10 |
5 cm2 |
Sein, adulte |
Atrophie, nécrose |
> 50 |
la totalité |
Poumon |
Pneumopathie, fibrose |
40 |
Lobe |
Capillaires |
Télangiectasies, fibrose |
50-60 |
s |
Cœur |
Péricardite, pancardite |
40 |
la totalité |
Os, enfant |
Croissance arrêtée |
20 |
10 cm2 |
Os, adulte |
Nécrose, fracture |
60 |
10 cm2 |
Cartilage, enfant |
Croissance arrêtée |
10 |
la totalité |
Cartilage, adulte |
Nécrose |
60 |
la totalité |
Système nerveux central (cerveau) |
Nécrose |
50 |
la totalité |
Moelle épinière |
Nécrose, transection |
50 |
5 cm2 |
Œil |
Panophtalmie, hémorragie |
55 |
la totalité |
cornée |
Kératite |
50 |
la totalité |
Lens |
Cataracte |
5 |
la totalité |
Oreille (intérieure) |
Surdité |
> 60 |
la totalité |
Thyroïde |
L'hypothyroïdie |
45 |
la totalité |
Surrénal |
Hypoadrénalisme |
> 60 |
la totalité |
Hypophyse |
Hypopituitarisme |
45 |
la totalité |
musculaire, enfant |
Hypoplasie |
20-30 |
la totalité |
Muscle, adulte |
Atrophie |
> 100 |
la totalité |
Moelle osseuse |
Hypoplasie |
2 |
la totalité |
Moelle osseuse |
Hypoplasie, fibrose |
20 |
localisée |
Ganglions |
Atrophie |
33-45 |
s |
Lymphatiques |
Sclérose |
50 |
s |
Fœtus |
Décès |
2 |
la totalité |
* Dose causant un effet chez 1 à 5 % des personnes exposées.
Source : Rubin et Casarett 1972.
Les blessures aiguës du type de celles qui prévalaient chez les pionniers de la radiothérapie et les premiers patients en radiothérapie ont été largement éliminées grâce à l'amélioration des précautions de sécurité et des méthodes de traitement. Néanmoins, la plupart des patients traités par rayonnement subissent encore aujourd'hui des lésions du tissu normal qui est irradié. De plus, de graves accidents radiologiques continuent de se produire. Par exemple, quelque 285 accidents de réacteurs nucléaires (excluant l'accident de Tchernobyl) ont été signalés dans divers pays entre 1945 et 1987, irradiant plus de 1,350 33 personnes, dont 1987 mortellement (Lushbaugh, Fry et Ricks 200). L'accident de Tchernobyl à lui seul a libéré suffisamment de matières radioactives pour nécessiter l'évacuation de dizaines de milliers de personnes et d'animaux de ferme de la région environnante, et il a provoqué des maladies des rayons et des brûlures chez plus de 31 secouristes et pompiers, blessant 1988 personnes mortellement (UNSCEAR 30,000 ). Les effets à long terme sur la santé des matières radioactives rejetées ne peuvent être prédits avec certitude, mais les estimations des risques d'effets cancérogènes qui en résultent, basées sur des modèles dose-incidence sans seuil (examinés ci-dessous), impliquent que jusqu'à 70 1987 décès supplémentaires par cancer pourraient survenir dans la population de l'hémisphère nord au cours des XNUMX prochaines années à la suite de l'accident, bien que les cancers supplémentaires dans un pays donné soient probablement trop peu nombreux pour être épidémiologiquement détectables (USDOE XNUMX).
Moins catastrophiques, mais beaucoup plus nombreux, que les accidents de réacteurs ont été les accidents impliquant des sources de rayons gamma médicales et industrielles, qui ont également causé des blessures et des pertes de vie. Par exemple, l'élimination inappropriée d'une source de radiothérapie au césium 137 à Goiânia, au Brésil, en 1987, a entraîné l'irradiation de dizaines de victimes sans méfiance, dont quatre mortellement (UNSCEAR 1993).
Une discussion complète des lésions radiologiques dépasse le cadre de cette revue, mais les réactions aiguës des tissus les plus radiosensibles sont d'un intérêt généralisé et sont donc décrites brièvement dans les sections suivantes.
Peau. Les cellules de la couche germinale de l'épiderme sont très radiosensibles. Par conséquent, une exposition rapide de la peau à une dose de 6 Sv ou plus provoque un érythème (rougeur) dans la zone exposée, qui apparaît en un jour environ, dure généralement quelques heures et est suivi de deux à quatre semaines plus tard par une ou plusieurs vagues d'érythème plus profondes et plus prolongées, ainsi que par épilation (chute des cheveux). Si la dose dépasse 10 à 20 Sv, des cloques, une nécrose et une ulcération peuvent survenir dans les deux à quatre semaines, suivies d'une fibrose du derme sous-jacent et de la vascularisation, ce qui peut entraîner une atrophie et une deuxième vague d'ulcération des mois ou des années plus tard (ICRP 1984 ).
Moelle osseuse et tissu lymphoïde. Les lymphocytes sont également hautement radiosensibles; une dose de 2 à 3 Sv délivrée rapidement à tout le corps peut en tuer suffisamment pour faire baisser le nombre de lymphocytes périphériques et altérer la réponse immunitaire en quelques heures (UNSCEAR 1988). Les cellules hématopoïétiques de la moelle osseuse sont également radiosensibles et sont suffisamment épuisées par une dose comparable pour provoquer une granulocytopénie et une thrombocytopénie en l'espace de trois à cinq semaines. De telles réductions du nombre de granulocytes et de plaquettes peuvent être suffisamment graves après une dose plus importante pour entraîner une hémorragie ou une infection mortelle (tableau 3).
Tableau 3. Principales formes et caractéristiques du syndrome d'irradiation aiguë
Temps aprés |
Forme cérébrale |
Gastro- |
Forme hématopoïétique |
Forme pulmonaire |
Premier jour |
nausée |
nausée |
nausée |
nausée |
Deuxième semaine |
nausée |
|||
Troisième à sixième |
faiblesse |
|||
Deuxième à huitième |
tousser |
Source : UNSCEAR 1988.
Intestin. Les cellules souches de l'épithélium tapissant l'intestin grêle sont également extrêmement radiosensibles, une exposition aiguë à 10 Sv épuisant suffisamment leur nombre pour provoquer la dénudation des villosités intestinales sus-jacentes en quelques jours (ICRP 1984; UNSCEAR 1988). La dénudation d'une grande partie de la muqueuse peut entraîner un syndrome dysentérique fulminant, rapidement mortel (tableau 3).
Gonades. Les spermatozoïdes matures peuvent survivre à de fortes doses (100 Sv), mais les spermatogonies sont si radiosensibles qu'une dose aussi faible que 0.15 Sv délivrée rapidement aux deux testicules suffit à provoquer une oligospermie, et une dose de 2 à 4 Sv peut provoquer une stérilité permanente. De même, les ovocytes sont radiosensibles, une dose de 1.5 à 2.0 Sv délivrée rapidement aux deux ovaires provoquant une stérilité temporaire, et une dose plus importante, une stérilité permanente, selon l'âge de la femme au moment de l'exposition (ICRP 1984).
Voies respiratoires. Le poumon n'est pas très radiosensible, mais une exposition rapide à une dose de 6 à 10 Sv peut provoquer le développement d'une pneumonie aiguë dans la zone exposée en un à trois mois. Si un grand volume de tissu pulmonaire est affecté, le processus peut entraîner une insuffisance respiratoire en quelques semaines ou peut entraîner une fibrose pulmonaire et un cœur pulmonaire des mois ou des années plus tard (ICRP 1984; UNSCEAR 1988).
Lentille de l'oeil. Les cellules de l'épithélium antérieur du cristallin, qui continuent à se diviser tout au long de la vie, sont relativement radiosensibles. De ce fait, une exposition rapide du cristallin à une dose supérieure à 1 Sv peut conduire en quelques mois à la formation d'une opacité polaire postérieure microscopique ; et 2 à 3 Sv reçus en une seule brève exposition – ou 5.5 à 14 Sv accumulés sur une période de plusieurs mois – peuvent produire une cataracte altérant la vision (ICRP 1984).
Autres tissus. En comparaison avec les tissus mentionnés ci-dessus, les autres tissus de l'organisme sont généralement sensiblement moins radiosensibles (par exemple, tableau 2) ; cependant, l'embryon constitue une exception notable, comme discuté ci-dessous. Il convient également de noter le fait que la radiosensibilité de chaque tissu est augmentée lorsqu'il est dans un état de croissance rapide (ICRP 1984).
Radiolésion du corps entier. L'exposition rapide d'une partie importante du corps à une dose supérieure à 1 Gy peut entraîner la syndrome de rayonnement aigu. Ce syndrome comprend : (1) une phase prodromique initiale, caractérisée par des malaises, de l'anorexie, des nausées et des vomissements, (2) une période de latence qui s'ensuit, (3) une seconde phase (principale) de la maladie et (4) finalement, soit la guérison, soit la décès (tableau 3). La phase principale de la maladie prend généralement l'une des formes suivantes, selon le locus prédominant de l'irradiation : (1) hématologique, (2) gastro-intestinale, (3) cérébrale ou (4) pulmonaire (tableau 3).
Radiolésions localisées. Contrairement aux manifestations cliniques des radiolésions aiguës du corps entier, qui sont généralement dramatiques et rapides, la réaction à une irradiation fortement localisée, qu'elle provienne d'une source de rayonnement externe ou d'un radionucléide déposé à l'intérieur, a tendance à évoluer lentement et à produire peu de symptômes ou de signes. sauf si le volume de tissu irradié et/ou la dose sont relativement importants (par exemple, tableau 3).
Effets des radionucléides. Certains radionucléides - par exemple, le tritium (3H), carbone 14 (14C) et césium-137 (137Cs) - ont tendance à être distribués de manière systémique et à irradier l'ensemble du corps, alors que d'autres radionucléides sont généralement absorbés et concentrés dans des organes spécifiques, produisant des lésions qui sont d'autant plus localisées. Radium (Ra) et strontium-90
(90Sr), par exemple, se déposent principalement dans les os et blessent donc principalement les tissus squelettiques, tandis que l'iode radioactif se concentre dans la glande thyroïde, le site principal de toute lésion résultante (Stannard 1988 ; Mettler et Upton 1995).
Effets cancérigènes
Caractéristiques générales. La cancérogénicité des rayonnements ionisants, manifestée pour la première fois au début de ce siècle par l'apparition de cancers de la peau et de leucémies chez les pionniers des rayonnements (Upton 1986), a depuis été largement documentée par des excès dose-dépendants de nombreux types de néoplasmes chez les peintres de cadrans au radium, les mineurs souterrains de roches dures, les survivants de la bombe atomique, les patients en radiothérapie et les animaux de laboratoire irradiés expérimentalement (Upton 1986; NAS 1990).
Les croissances bénignes et malignes induites par l'irradiation mettent typiquement des années ou des décennies à apparaître et ne présentent aucune caractéristique connue permettant de les distinguer de celles produites par d'autres causes. De plus, à quelques exceptions près, leur induction n'a été détectable qu'après des équivalents de dose relativement importants (0.5 Sv), et elle a varié avec le type de tumeur ainsi que l'âge et le sexe des personnes exposées (NAS 1990).
Mécanismes. Les mécanismes moléculaires de la radio-cancérogénèse restent à élucider en détail, mais chez les animaux de laboratoire et les cellules cultivées, on a observé que les effets cancérigènes des rayonnements comprenaient des effets déclencheurs, des effets favorisants et des effets sur la progression de la néoplasie, selon les conditions expérimentales dans (NAS 1990). Les effets semblent également impliquer l'activation d'oncogènes et/ou l'inactivation ou la perte de gènes suppresseurs de tumeurs dans de nombreux cas, sinon tous. De plus, les effets cancérigènes des rayonnements ressemblent à ceux des carcinogènes chimiques en ce qu'ils sont également modifiables par les hormones, les variables nutritionnelles et d'autres facteurs modificateurs (NAS 1990). Il convient de noter, en outre, que les effets des rayonnements peuvent être additifs, synergiques ou mutuellement antagonistes avec ceux des cancérogènes chimiques, selon les produits chimiques spécifiques et les conditions d'exposition en question (UNSCEAR 1982 et 1986).
Relation dose-effet. Les données existantes ne suffisent pas à décrire sans ambiguïté la relation dose-incidence pour tout type de néoplasme ou à définir combien de temps après l'irradiation le risque de croissance peut rester élevé dans une population exposée. Tous les risques attribuables à une irradiation de faible niveau ne peuvent donc être estimés que par extrapolation, sur la base de modèles incorporant des hypothèses sur ces paramètres (NAS 1990). Parmi les divers modèles dose-effet qui ont été utilisés pour estimer les risques d'irradiation de faible intensité, celui qui a été jugé le mieux adapté aux données disponibles est de la forme :
De R0 désigne le risque de fond spécifique à l'âge de décès dû à un type spécifique de cancer, D la dose de rayonnement, f(D) une fonction de dose qui est linéaire-quadratique pour la leucémie et linéaire pour certains autres types de cancer, et g(b) est une fonction de risque qui dépend d'autres paramètres, tels que le sexe, l'âge au moment de l'exposition et le temps après l'exposition (NAS 1990).
Des modèles sans seuil de ce type ont été appliqués aux données épidémiologiques des survivants japonais de la bombe atomique et d'autres populations irradiées pour dériver des estimations des risques à vie de différentes formes de cancer radio-induit (par exemple, tableau 4). Ces estimations doivent cependant être interprétées avec prudence pour tenter de prédire les risques de cancer attribuables à de petites doses ou à des doses accumulées sur des semaines, des mois ou des années, car des expériences sur des animaux de laboratoire ont montré le pouvoir cancérigène des rayons X et des rayons gamma. être réduite jusqu'à un ordre de grandeur lorsque l'exposition est très prolongée. En fait, comme cela a été souligné ailleurs (NAS 1990), les données disponibles n'excluent pas la possibilité qu'il puisse y avoir un seuil dans la gamme d'équivalent de dose en millisieverts (mSv), en dessous duquel le rayonnement peut manquer de cancérogénicité.
Tableau 4. Estimation des risques à vie de cancer attribuables à une irradiation rapide de 0.1 Sv
Type ou siège du cancer |
Excédent de décès par cancer pour 100,000 XNUMX |
|
(Non.) |
(%)* |
|
Estomac |
110 |
18 |
Poumon |
85 |
3 |
Côlon |
85 |
5 |
Leucémie (hors LLC) |
50 |
10 |
Vessie urinaire |
30 |
5 |
Œsophage |
30 |
10 |
Poitrine |
20 |
1 |
Foie |
15 |
8 |
Gonades |
10 |
2 |
Thyroïde |
8 |
8 |
Ostéosarcome |
5 |
5 |
Peau |
2 |
2 |
Reste |
50 |
1 |
Total |
500 |
2 |
* Pourcentage d'augmentation de l'attente « de fond » pour une population non irradiée.
Source : CIPR 1991.
Il convient également de noter que les estimations tabulées sont basées sur des moyennes de population et ne sont pas nécessairement applicables à un individu donné ; c'est-à-dire que la susceptibilité à certains types de cancer (par exemple, les cancers de la thyroïde et du sein) est nettement plus élevée chez les enfants que chez les adultes, et la susceptibilité à certains cancers est également augmentée en association avec certains troubles héréditaires, tels que le rétinoblastome et le névoïde syndrome de carcinome basocellulaire (UNSCEAR 1988, 1994; NAS 1990). Malgré ces différences de susceptibilité, des estimations basées sur la population ont été proposées pour être utilisées dans les cas d'indemnisation comme base pour évaluer la probabilité qu'un cancer survenant chez une personne précédemment irradiée puisse avoir été causé par l'exposition en question (NIH 1985).
Évaluation des risques à faible dose. Les études épidémiologiques visant à déterminer si les risques de cancer liés à une faible exposition aux rayonnements varient réellement avec la dose de la manière prédite par les estimations ci-dessus n'ont pas été concluantes jusqu'à présent. Les populations résidant dans des zones où les niveaux de rayonnement de fond naturel sont élevés ne manifestent aucune augmentation nettement attribuable des taux de cancer (NAS 1990 ; UNSCEAR 1994) ; à l'inverse, quelques études ont même suggéré une relation inverse entre les niveaux de rayonnement de fond et les taux de cancer, ce qui a été interprété par certains observateurs comme la preuve de l'existence d'effets bénéfiques (ou hormétiques) d'une irradiation de faible niveau, en accord avec les réponses adaptatives de certains systèmes cellulaires (UNSCEAR 1994). La relation inverse est cependant d'une importance douteuse, puisqu'elle n'a pas persisté après contrôle des effets des variables confusionnelles (NAS 1990). De même, chez les travailleurs sous rayonnement d'aujourd'hui - à l'exception de certaines cohortes de mineurs souterrains de roches dures (NAS 1994 ; Lubin, Boice et Edling 1994) - les taux de cancers autres que la leucémie n'augmentent plus de manière détectable (UNSCEAR 1994), grâce aux progrès de la radioprotection ; de plus, les taux de leucémie chez ces travailleurs sont conformes aux estimations présentées ci-dessus (IARC 1994). En résumé, donc, les données disponibles à l'heure actuelle sont cohérentes avec les estimations tabulées ci-dessus (tableau 4), qui impliquent que moins de 3 % des cancers dans la population générale sont attribuables au rayonnement de fond naturel (NAS 1990 ; IARC 1994), bien que jusqu'à 10 % des cancers du poumon peuvent être attribuables au radon intérieur (NAS 1990; Lubin, Boice et Edling 1994).
On a observé que des niveaux élevés de retombées radioactives provenant d'un essai d'armes thermonucléaires à Bikini en 1954 provoquaient une augmentation dose-dépendante de la fréquence du cancer de la thyroïde chez les habitants des îles Marshall qui avaient reçu de fortes doses dans la glande thyroïde pendant leur enfance (Robbins et Adams 1989). De même, il a été signalé que des enfants vivant dans des régions du Bélarus et d'Ukraine contaminées par des radionucléides rejetés par l'accident de Tchernobyl présentaient une incidence accrue de cancer de la thyroïde (Prisyazhuik, Pjatak et Buzanov 1991; Kasakov, Demidchik et Astakhova 1992), mais les résultats sont contrairement à ceux du Projet international Tchernobyl, qui n'ont trouvé aucun excès de nodules thyroïdiens bénins ou malins chez les enfants vivant dans les zones les plus fortement contaminées autour de Tchernobyl (Mettler, Williamson et Royal 1992). Le fondement de l'écart et la question de savoir si les excès signalés peuvent résulter d'une surveillance accrue uniquement restent à déterminer. À cet égard, il convient de noter que les enfants du sud-ouest de l'Utah et du Nevada qui ont été exposés aux retombées des essais d'armes nucléaires au Nevada au cours des années 1950 ont montré une augmentation de la fréquence de tout type de cancer de la thyroïde (Kerber et al. 1993), et la prévalence de la leucémie aiguë semble avoir été élevée chez ces enfants décédés entre 1952 et 1957, la période de plus grande exposition aux retombées (Stevens et al. 1990).
La possibilité que des excès de leucémie chez les enfants résidant à proximité des centrales nucléaires au Royaume-Uni puissent avoir été causés par la radioactivité libérée par les centrales a également été suggérée. Cependant, on estime que les rejets ont augmenté la dose totale de rayonnement pour ces enfants de moins de 2 %, d'où l'on déduit que d'autres explications sont plus probables (Doll, Evans et Darby 1994). Une étiologie inefficace pour les grappes de leucémie observées est impliquée par l'existence d'excès comparables de leucémie infantile sur des sites au Royaume-Uni dépourvus d'installations nucléaires, mais ressemblant par ailleurs à des sites nucléaires en ce qu'ils ont également connu de grands afflux de population ces derniers temps (Kinlen 1988 ; Doll , Evans et Darby 1994). Une autre hypothèse, à savoir que les leucémies en question pourraient avoir été causées par l'irradiation professionnelle des pères des enfants atteints, a également été suggérée par les résultats d'une étude cas-témoins (Gardner et al. 1990), mais cette hypothèse est généralement actualisés pour des raisons qui sont discutées dans la section suivante.
Effets héréditaires
Les effets héréditaires de l'irradiation, bien que bien documentés chez d'autres organismes, n'ont pas encore été observés chez l'homme. Par exemple, une étude intensive de plus de 76,000 1990 enfants de survivants japonais de la bombe atomique, menée pendant quatre décennies, n'a pas révélé d'effets héréditaires des radiations dans cette population, tels que mesurés par des issues de grossesse fâcheuses, des décès néonatals, des tumeurs malignes, des réarrangements chromosomiques, aneuploïdie des chromosomes sexuels, altérations des phénotypes des protéines sériques ou érythrocytaires, modifications du sex-ratio ou perturbations de la croissance et du développement (Neel, Schull et Awa 1990). Par conséquent, les estimations des risques d'effets héréditaires des rayonnements doivent s'appuyer fortement sur l'extrapolation à partir des résultats chez la souris de laboratoire et d'autres animaux de laboratoire (NAS 1993; UNSCEAR XNUMX).
D'après les données expérimentales et épidémiologiques disponibles, on déduit que la dose nécessaire pour doubler le taux de mutations héréditaires dans les cellules germinales humaines doit être d'au moins 1.0 Sv (NAS 1990; UNSCEAR 1993). Sur cette base, on estime que moins de 1 % de toutes les maladies génétiquement déterminées dans la population humaine peuvent être attribuées à l'irradiation de fond naturelle (tableau 5).
Tableau 5. Fréquences estimées des troubles héréditaires attribuables à l'irradiation ionisante de fond naturel
Type de trouble |
Prévalence naturelle |
Contribution du fond naturel |
|
Première génération |
Équilibre |
||
Autosomique |
180,000 |
20-100 |
300 |
lié à l'X |
400 |
<1 |
|
Récessif |
2,500 |
<1 |
augmentation très lente |
Chromosomique |
4,400 |
augmentation très lente |
|
Congénital |
20,000-30,000 |
30 |
30-300 |
Autres troubles d'étiologie complexe : |
|||
Les maladies du coeur |
600,000 |
non estimé4 |
non estimé4 |
Cancer |
300,000 |
non estimé4 |
non estimé4 |
D'autres sélectionnés |
300,000 |
non estimé4 |
non estimé4 |
1 Équivalent à » 1 mSv par an, ou » 30 mSv par génération (30 ans).
2 Valeurs arrondies.
3 Après des centaines de générations, l'ajout de mutations radio-induites défavorables finit par être compensé par leur perte dans la population, entraînant un "équilibre" génétique.
4 Les estimations quantitatives du risque font défaut en raison de l'incertitude quant à la composante mutationnelle de la ou des maladies indiquées.
Source : Conseil national de recherches 1990.
L'hypothèse selon laquelle l'excès de leucémies et de lymphomes non hodgkiniens chez les jeunes résidant dans le village de Seascale résultait d'effets oncogènes héréditaires causés par l'irradiation professionnelle des pères des enfants à l'installation nucléaire de Sellafield a été suggérée par les résultats d'un cas- étude de contrôle (Gardner et al. 1990), comme indiqué ci-dessus. Les arguments contre cette hypothèse sont cependant :
Dans l'ensemble, par conséquent, les données disponibles ne corroborent pas l'hypothèse de l'irradiation gonadique paternelle (Doll, Evans et Darby 1994 ; Little, Charles et Wakeford 1995).
Effets de l'irradiation prénatale
La radiosensibilité est relativement élevée tout au long de la vie prénatale, mais les effets d'une dose donnée varient considérablement selon le stade de développement de l'embryon ou du fœtus au moment de l'exposition (UNSCEAR 1986). Pendant la période de pré-implantation, l'embryon est le plus susceptible de mourir par irradiation, tandis que pendant les étapes critiques de l'organogenèse, il est susceptible d'induire des malformations et d'autres perturbations du développement (tableau 6). Ces derniers effets sont illustrés de manière spectaculaire par l'augmentation dose-dépendante de la fréquence de l'arriération mentale sévère (figure 6) et la diminution dose-dépendante des résultats des tests de QI chez les survivants de la bombe atomique qui ont été exposés entre la huitième et la quinzième semaine (et, dans une moindre mesure, entre la seizième et la vingt-cinquième semaine) (UNSCEAR 1986 et 1993).
Tableau 6. Principales anomalies du développement produites par l'irradiation prénatale
Cerveau |
||
Anencéphalie |
Porencéphalie |
Microcéphalie* |
Encéphalocèle |
Mongolisme* |
Moelle réduite |
Atrophie cérébrale |
Retard mental* |
Neuroblastome |
Aqueduc étroit |
Hydrocéphalie* |
Dilatation des ventricules* |
Anomalies de la moelle épinière* |
Anomalies des nerfs crâniens |
|
Yeux |
||
Anophtalmie |
Microphtalmie* |
Microcorne* |
Colobome* |
Iris déformé |
Absence de lentille |
Absence de rétine |
Paupières ouvertes |
Strabisme* |
Nystagmus* |
Rétinoblastome |
L'hypermétropie |
Glaucome |
Cataracte* |
Cécité |
Choriorétinite* |
Albinisme partiel |
Ankyloblépharon |
Squelette |
||
Retard de croissance général |
Crâne de taille réduite |
Déformations du crâne* |
Défauts d'ossification de la tête* |
Crâne voûté |
Tête étroite |
Cloques crâniennes |
Fente palatine* |
Coffre à entonnoir |
Luxation de la hanche |
Spina bifida |
Queue déformée |
Pieds déformés |
Pied bot* |
Anomalies numériques* |
Calcanéo valgus |
Odontogenèse imparfaite* |
Exostose tibiale |
Amélanogénèse* |
Nécrose sclératomique |
|
Divers |
||
Situs inversus |
Hydronephrose |
Hydrouretère |
Hydrocèle |
Absence de rein |
Anomalies gonadiques* |
Maladie cardiaque congénitale |
Malformations du visage |
Troubles hypophysaires |
Déformations des oreilles |
Troubles moteurs |
Nécrose dermatomique |
Nécrose myotomiale |
Anomalies de la pigmentation cutanée |
* Ces anomalies ont été observées chez des humains exposés avant la naissance à de fortes doses de rayonnement et ont donc été provisoirement attribuées à l'irradiation.
Source : Brill et Forgotson 1964.
La susceptibilité aux effets cancérigènes des rayonnements semble également être relativement élevée tout au long de la période prénatale, à en juger par l'association entre le cancer infantile (y compris la leucémie) et l'exposition prénatale aux rayons X diagnostiques signalée dans les études cas-témoins (NAS 1990). Les résultats de ces études impliquent que l'irradiation prénatale peut entraîner une augmentation de 4,000 1986 % par Sv du risque de leucémie et d'autres cancers infantiles (UNSCEAR 1990 ; NAS 1988), ce qui est une augmentation beaucoup plus importante que celle attribuable à l'irradiation postnatale (UNSCEAR 1990 ; NAS 1990). Bien que, paradoxalement, aucun excès de cancer infantile n'ait été enregistré chez les survivants de la bombe A irradiés avant la naissance (Yoshimoto et al. XNUMX), comme indiqué ci-dessus, il y avait trop peu de ces survivants pour exclure un excès de l'ampleur en question.
Figure 6. La fréquence de l'arriération mentale sévère par rapport à la dose de rayonnement chez les survivants de la bombe atomique irradiés avant la naissance
Résumé et conclusions
Les effets néfastes des rayonnements ionisants sur la santé humaine sont très divers, allant des blessures rapidement mortelles aux cancers, aux malformations congénitales et aux troubles héréditaires qui apparaissent des mois, des années ou des décennies plus tard. La nature, la fréquence et la gravité des effets dépendent de la qualité du rayonnement considéré ainsi que de la dose et des conditions d'exposition. La plupart de ces effets nécessitent des niveaux d'exposition relativement élevés et ne sont donc rencontrés que chez les victimes d'accidents, les patients en radiothérapie ou d'autres personnes fortement irradiées. Les effets génotoxiques et cancérigènes des rayonnements ionisants, en revanche, sont supposés augmenter en fréquence en tant que fonctions linéaires sans seuil de la dose ; par conséquent, bien que l'existence de seuils pour ces effets ne puisse être exclue, leur fréquence est supposée augmenter avec n'importe quel niveau d'exposition. Pour la plupart des effets des rayonnements, la sensibilité des cellules exposées varie avec leur vitesse de prolifération et inversement avec leur degré de différenciation, l'embryon et l'enfant en croissance étant particulièrement vulnérables aux blessures.
Types de rayonnement ionisant
Particules alpha
Une particule alpha est un ensemble étroitement lié de deux protons et de deux neutrons. Il est identique à un hélium-4 (4Il) noyau. En effet, son destin ultime après avoir perdu la majeure partie de son énergie cinétique est de capturer deux électrons et de devenir un atome d'hélium.
Les radionucléides émetteurs alpha sont généralement des noyaux relativement massifs. Presque tous les émetteurs alpha ont des numéros atomiques supérieurs ou égaux à celui du plomb (82Pb). Lorsqu'un noyau se désintègre en émettant une particule alpha, son numéro atomique (nombre de protons) et son nombre de neutrons sont réduits de deux et son nombre de masse atomique est réduit de quatre. Par exemple, la désintégration alpha de l'uranium 238 (238U) au thorium-234 (234Th) est représenté par :
L'exposant de gauche est le nombre de masse atomique (nombre de protons plus neutrons), l'indice de gauche est le numéro atomique (nombre de protons) et l'indice de droite est le nombre de neutrons.
Les émetteurs alpha courants émettent des particules alpha avec des énergies cinétiques comprises entre environ 4 et 5.5 MeV. Ces particules alpha ont une portée dans l'air de pas plus d'environ 5 cm (voir figure 1). Les particules alpha d'une énergie d'au moins 7.5 MeV sont nécessaires pour pénétrer l'épiderme (la couche protectrice de la peau, 0.07 mm d'épaisseur). Les émetteurs alpha ne présentent généralement pas de risque de rayonnement externe. Ils ne sont dangereux que s'ils sont pris dans le corps. Parce qu'elles déposent leur énergie sur une courte distance, les particules alpha sont un rayonnement à transfert d'énergie linéaire élevé (LET) et ont un grand facteur de pondération du rayonnement; typiquement, w R= 20.
Figure 1. Rayonnement énergétique des particules alpha lentes dans l'air à 15 et 760 m
Particules bêta
Une particule bêta est un électron ou un positon hautement énergétique. (Un positron est l'antiparticule de l'électron. Il a la même masse et la plupart des autres propriétés d'un électron, à l'exception de sa charge, qui est exactement la même amplitude que celle d'un électron mais qui est positive.) Les radionucléides émetteurs bêta peuvent être de poids atomique élevé ou faible.
Les radionucléides qui ont un excès de protons par rapport aux nucléides stables d'environ le même nombre de masse atomique peuvent se désintégrer lorsqu'un proton du noyau se transforme en neutron. Lorsque cela se produit, le noyau émet un positon et une particule extrêmement légère et sans interaction appelée neutrino. (Le neutrino et son antiparticule n'ont aucun intérêt en radioprotection.) Lorsqu'il a cédé la majeure partie de son énergie cinétique, le positon finit par entrer en collision avec un électron et tous deux sont annihilés. Le rayonnement d'annihilation produit est presque toujours constitué de deux photons de 0.511 keV (kiloélectron volt) se déplaçant dans des directions distantes de 180 degrés. Une désintégration typique des positrons est représentée par :
où le positron est représenté par β+ et le neutrino par n. Notez que le nucléide résultant a le même numéro de masse atomique que le nucléide parent et un numéro atomique (proton) supérieur de un et un nombre de neutrons inférieur de un à ceux du nucléide d'origine.
La capture d'électrons entre en compétition avec la désintégration des positrons. Dans la désintégration par capture d'électrons, le noyau absorbe un électron orbital et émet un neutrino. Une décroissance typique de capture d'électrons est donnée par :
La capture d'électrons est toujours possible lorsque le noyau résultant a une énergie totale inférieure à celle du noyau initial. Cependant, la désintégration des positrons nécessite que l'énergie totale de la phase initiale atome est supérieure à celle de la résultante atome de plus de 1.02 MeV (deux fois l'énergie de masse au repos du positon).
Semblable à la désintégration des positrons et de la capture d'électrons, le négatron (β-) la désintégration se produit pour les noyaux qui ont un excès de neutrons par rapport aux noyaux stables d'environ le même nombre de masse atomique. Dans ce cas, le noyau émet un négatron (électron énergétique) et un anti-neutrino. Une désintégration négatron typique est représentée par :
où le négatron est représenté par β- et l'anti-neutrino by`n Ici, le noyau résultant gagne un neutron aux dépens d'un proton mais là encore ne change pas son nombre de masse atomique.
La désintégration alpha est une réaction à deux corps, de sorte que les particules alpha sont émises avec des énergies cinétiques discrètes. Cependant, la désintégration bêta est une réaction à trois corps, de sorte que les particules bêta sont émises sur un spectre d'énergies. L'énergie maximale dans le spectre dépend du radionucléide en décomposition. L'énergie bêta moyenne dans le spectre est d'environ un tiers de l'énergie maximale (voir figure 2).
Figure 2. Spectre d'énergie des négatrons émis par 32P
Les énergies bêta maximales typiques vont de 18.6 keV pour le tritium (3H) à 1.71 MeV pour le phosphore-32 (32P).
La gamme de particules bêta dans l'air est d'environ 3.65 m par MeV d'énergie cinétique. Des particules bêta d'au moins 70 keV d'énergie sont nécessaires pour pénétrer l'épiderme. Les particules bêta sont des rayonnements à faible TLE.
Rayonnement gamma
Le rayonnement gamma est un rayonnement électromagnétique émis par un noyau lorsqu'il subit une transition d'un état d'énergie supérieur à un état d'énergie inférieur. Le nombre de protons et de neutrons dans le noyau ne change pas dans une telle transition. Le noyau peut avoir été laissé dans l'état d'énergie supérieur à la suite d'une désintégration alpha ou bêta antérieure. Autrement dit, les rayons gamma sont souvent émis immédiatement après les désintégrations alpha ou bêta. Les rayons gamma peuvent également résulter de la capture de neutrons et de la diffusion inélastique des particules subatomiques par les noyaux. Les rayons gamma les plus énergétiques ont été observés dans les rayons cosmiques.
La figure 3 est une image du schéma de désintégration du cobalt 60 (60Co). Il montre une cascade de deux rayons gamma émis dans le nickel-60 (60Ni) avec des énergies de 1.17 MeV et 1.33 MeV suite à la désintégration bêta de 60Co..
Figure 3. Schéma de désintégration radioactive pour 60Co
La figure 4 est une image du schéma de désintégration du molybdène-99 (99Mo). Notez que le technétium-99 résultant (99Tc) le noyau a un état excité qui dure exceptionnellement longtemps (t½ = 6h). Un tel noyau excité est appelé un isomère. La plupart des états nucléaires excités ont des demi-vies comprises entre quelques picosecondes (ps) et 1 microseconde (μs).
Figure 4. Schéma de désintégration radioactive pour 99Mo
La figure 5 est une image du schéma de désintégration de l'arsenic-74 (74Comme). Il montre que certains radionucléides se désintègrent de plusieurs façons.
Figure 5. Schéma de désintégration radioactive pour 74Comme, illustrant les processus concurrents d'émission de négatrons, d'émission de positrons et de capture d'électrons (m0 est la masse au repos de l'électron)
Alors que les particules alpha et bêta ont des plages définies dans la matière, les rayons gamma sont atténués de manière exponentielle (ignorant l'accumulation résultant de la diffusion dans un matériau) lorsqu'ils traversent la matière. Lorsque l'accumulation peut être ignorée, l'atténuation des rayons gamma est donnée par :
De je(x) est l'intensité des rayons gamma en fonction de la distance x dans le matériau et μ est le coefficient d'atténuation massique. Le coefficient d'atténuation massique dépend de l'énergie des rayons gamma et du matériau avec lequel les rayons gamma interagissent. Les valeurs du coefficient d'atténuation massique sont tabulées dans de nombreuses références. La figure 6 montre l'absorption des rayons gamma dans la matière dans des conditions de bonne géométrie (l'accumulation peut être ignorée).
Figure 6. Atténuation des rayons gamma de 667 keV dans Al et Pb dans des conditions de bonne géométrie (la ligne pointillée représente l'atténuation d'un faisceau de photons poly-énergétique)
L'accumulation se produit lorsqu'un large faisceau de rayons gamma interagit avec la matière. L'intensité mesurée aux points à l'intérieur du matériau est augmentée par rapport à la valeur attendue de "bonne géométrie" (faisceau étroit) en raison des rayons gamma diffusés des côtés du faisceau direct dans l'appareil de mesure. Le degré d'accumulation dépend de la géométrie du faisceau, du matériau et de l'énergie des rayons gamma.
La conversion interne entre en compétition avec l'émission gamma lorsqu'un noyau passe d'un état d'énergie plus élevé à un état d'énergie plus faible. Dans la conversion interne, un électron orbital interne est éjecté de l'atome au lieu que le noyau émette un rayon gamma. L'électron éjecté est directement ionisant. Lorsque les électrons orbitaux externes chutent à des niveaux d'énergie électronique inférieurs pour combler le vide laissé par l'électron éjecté, l'atome émet des rayons X. La probabilité de conversion interne par rapport à la probabilité d'émission gamma augmente avec l'augmentation du numéro atomique.
X rayons
Les rayons X sont des rayonnements électromagnétiques et, en tant que tels, sont identiques aux rayons gamma. La distinction entre les rayons X et les rayons gamma est leur origine. Alors que les rayons gamma proviennent du noyau atomique, les rayons X résultent d'interactions électroniques. Bien que les rayons X aient souvent des énergies plus faibles que les rayons gamma, ce n'est pas un critère de différenciation. Il est possible de produire des rayons X avec des énergies bien supérieures aux rayons gamma résultant de la désintégration radioactive.
La conversion interne, discutée ci-dessus, est une méthode de production de rayons X. Dans ce cas, les rayons X résultants ont des énergies discrètes égales à la différence des niveaux d'énergie entre lesquels transitent les électrons orbitaux.
Les particules chargées émettent un rayonnement électromagnétique chaque fois qu'elles sont accélérées ou décélérées. La quantité de rayonnement émis est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la masse de la particule. En conséquence, les électrons émettent beaucoup plus de rayonnement x que les particules plus lourdes telles que les protons, toutes autres conditions étant égales. Les systèmes à rayons X produisent des rayons X en accélérant les électrons à travers une grande différence de potentiel électrique de plusieurs kV ou MV. Les électrons sont ensuite rapidement décélérés dans un matériau dense et résistant à la chaleur, tel que le tungstène (W).
Les rayons X émis par de tels systèmes ont des énergies réparties sur un spectre allant d'environ zéro jusqu'à l'énergie cinétique maximale possédée par les électrons avant décélération. Souvent superposés à ce spectre continu se trouvent des rayons X d'énergie discrète. Ils sont produits lorsque les électrons décélérants ionisent le matériau cible. Lorsque d'autres électrons orbitaux se déplacent pour combler les lacunes laissées après l'ionisation, ils émettent des rayons X d'énergies discrètes similaires à la façon dont les rayons X sont émis après une conversion interne. Ils s'appellent caractéristique rayons X car ils sont caractéristiques du matériau cible (anode). Voir la figure 7 pour un spectre de rayons X typique. La figure 8 représente un tube à rayons X typique.
Figure 7. Spectre de rayons X illustrant la contribution des rayons X caractéristiques produits lorsque les électrons remplissent les trous dans la couche K de W (la longueur d'onde des rayons X est inversement proportionnelle à leur énergie)
Les rayons X interagissent avec la matière de la même manière que les rayons gamma, mais une simple équation d'atténuation exponentielle ne décrit pas adéquatement l'atténuation des rayons X avec une gamme continue d'énergies (voir figure 6). Cependant, comme les rayons X de faible énergie sont éliminés plus rapidement du faisceau que les rayons X de plus haute énergie lorsqu'ils traversent le matériau, la description de l'atténuation se rapproche d'une fonction exponentielle.
Figure 8. Un tube à rayons X simplifié avec une anode fixe et un filament chauffé
Neutrons
Généralement, les neutrons ne sont pas émis en conséquence directe de la désintégration radioactive naturelle. Ils sont produits lors de réactions nucléaires. Les réacteurs nucléaires produisent des neutrons en plus grande abondance, mais les accélérateurs de particules et les sources de neutrons spéciales, appelées sources (α, n), peuvent également produire des neutrons.
Les réacteurs nucléaires produisent des neutrons lorsque les noyaux d'uranium (U) du combustible nucléaire se séparent ou fission. En effet, la production de neutrons est essentielle au maintien de la fission nucléaire dans un réacteur.
Les accélérateurs de particules produisent des neutrons en accélérant des particules chargées, telles que des protons ou des électrons, à des énergies élevées pour bombarder des noyaux stables dans une cible. Les neutrons ne sont qu'une des particules pouvant résulter de telles réactions nucléaires. Par exemple, la réaction suivante produit des neutrons dans un cyclotron qui accélère les ions deutérium pour bombarder une cible de béryllium :
Les émetteurs alpha mélangés au béryllium sont des sources portables de neutrons. Ces sources (α, n) produisent des neutrons via la réaction :
La source des particules alpha peut être des isotopes tels que le polonium-210 (210Pô),
plutonium-239 (239Pu) et l'américium-241 (241Un m).
Les neutrons sont généralement classés en fonction de leur énergie, comme illustré dans le tableau 1. Cette classification est quelque peu arbitraire et peut varier selon les contextes.
Tableau 1. Classification des neutrons selon l'énergie cinétique
Type |
Gamme énergie |
Lent ou thermique |
0-0.1 keV |
Intermédiaire |
0.1-20 keV |
Fast |
20 keV-10 MeV |
Haute énergie |
>10 MeV |
Il existe un certain nombre de modes possibles d'interaction des neutrons avec la matière, mais les deux principaux modes aux fins de la radioprotection sont la diffusion élastique et la capture des neutrons.
La diffusion élastique est le moyen par lequel les neutrons de plus haute énergie sont réduits à des énergies thermiques. Les neutrons de plus haute énergie interagissent principalement par diffusion élastique et ne provoquent généralement pas de fission ni ne produisent de matière radioactive par capture de neutrons. Ce sont les neutrons thermiques qui sont principalement responsables de ces derniers types d'interaction.
La diffusion élastique se produit lorsqu'un neutron interagit avec un noyau et rebondit avec une énergie réduite. Le noyau en interaction absorbe l'énergie cinétique que le neutron perd. Après avoir été excité de cette manière, le noyau cède rapidement cette énergie sous forme de rayonnement gamma.
Lorsque le neutron atteint finalement des énergies thermiques (ainsi appelées parce que le neutron est en équilibre thermique avec son environnement), il est facilement capturé par la plupart des noyaux. Les neutrons, n'ayant aucune charge, ne sont pas repoussés par le noyau chargé positivement comme le sont les protons. Lorsqu'un neutron thermique s'approche d'un noyau et passe dans le domaine de la force nucléaire forte, de l'ordre de quelques fm (fm = 10-15 mètres), le noyau capture le neutron. Le résultat peut alors être un noyau radioactif qui émet un photon ou une autre particule ou, dans le cas de noyaux fissiles tels que 235U et 239Pu, le noyau capturant peut se fissionner en deux noyaux plus petits et plus de neutrons.
Les lois de la cinématique indiquent que les neutrons atteindront plus rapidement les énergies thermiques si le milieu de diffusion élastique comprend un grand nombre de noyaux légers. Un neutron qui rebondit sur un noyau léger perd un pourcentage beaucoup plus élevé de son énergie cinétique que lorsqu'il rebondit sur un noyau lourd. Pour cette raison, l'eau et les matériaux hydrogénés sont les meilleurs matériaux de protection pour ralentir les neutrons.
Un faisceau monoénergétique de neutrons s'atténuera de manière exponentielle dans la matière, obéissant à une équation similaire à celle donnée ci-dessus pour les photons. La probabilité qu'un neutron interagisse avec un noyau donné est décrite en termes de quantité la Coupe transversale. La section transversale a des unités de surface. L'unité spéciale pour la section transversale est le grange (b), défini par :
Il est extrêmement difficile de produire des neutrons sans les rayons gamma et X qui les accompagnent. On peut généralement supposer que si des neutrons sont présents, des photons de haute énergie le sont également.
Sources de rayonnement ionisant
Radionucléides primordiaux
Les radionucléides primordiaux sont présents dans la nature parce que leurs demi-vies sont comparables à l'âge de la terre. Le tableau 2 énumère les radionucléides primordiaux les plus importants.
Tableau 2. Radionucléides primordiaux
Radio-isotope |
Demi-vie (109 Y) |
Abondance (%) |
238U |
4.47 |
99.3 |
232Th |
14.0 |
100 |
235U |
0.704 |
0.720 |
40K |
1.25 |
0.0117 |
87Rb |
48.9 |
27.9 |
Les isotopes de l'uranium et du thorium sont à la tête d'une longue chaîne de radio-isotopes descendants qui, par conséquent, sont également d'origine naturelle. La figure 9, AC, illustre les chaînes de désintégration pour 232E, 238U et 235U, respectivement. Étant donné que la désintégration alpha est courante au-dessus du numéro de masse atomique 205 et que le numéro de masse atomique d'une particule alpha est de 4, il existe quatre chaînes de désintégration distinctes pour les noyaux lourds. L'une de ces chaînes (voir figure 9, D), celle pour 237Np, n'existe pas dans la nature. En effet, il ne contient pas de radionucléide primordial (c'est-à-dire qu'aucun radionucléide de cette chaîne n'a une demi-vie comparable à l'âge de la terre).
Figure 9. Série de désintégration (Z = numéro atomique ; N = numéro de masse atomique)
Notez que les isotopes du radon (Rn) sont présents dans chaque chaîne (219Rn, 220Rn et 222Rn). Puisque Rn est un gaz, une fois que Rn est produit, il a une chance de s'échapper dans l'atmosphère de la matrice dans laquelle il s'est formé. Cependant, la demi-vie de 219Rn est beaucoup trop court pour permettre à des quantités importantes de celui-ci d'atteindre une zone respiratoire. La demi-vie relativement courte de 220Rn en fait généralement un problème de santé moindre que 222Rn.
Hors Rn, les radionucléides primordiaux externes à l'organisme délivrent en moyenne environ 0.3 mSv de dose efficace annuelle à la population humaine. La dose efficace annuelle réelle varie considérablement et est déterminée principalement par la concentration d'uranium et de thorium dans le sol local. Dans certaines parties du monde où les sables de monazite sont courants, la dose efficace annuelle à un membre de la population peut atteindre environ 20 mSv. Dans d'autres endroits, comme sur les atolls coralliens et près des côtes, la valeur peut être aussi faible que 0.03 mSv (voir figure 9).
Le radon est généralement considéré séparément des autres radionucléides terrestres naturels. Il s'infiltre dans l'air depuis le sol. Une fois dans l'air, Rn se désintègre davantage en isotopes radioactifs de Po, de bismuth (Bi) et de Pb. Ces radionucléides descendants se fixent sur des particules de poussière qui peuvent être inhalées et piégées dans les poumons. En tant qu'émetteurs alpha, ils délivrent la quasi-totalité de leur énergie de rayonnement aux poumons. On estime que la dose annuelle moyenne équivalente aux poumons résultant d'une telle exposition est d'environ 20 mSv. Cette dose équivalente pulmonaire est comparable à une dose efficace pour l'ensemble du corps d'environ 2 mSv. De toute évidence, le Rn et ses radionucléides descendants sont les contributeurs les plus importants à la dose efficace de rayonnement de fond (voir figure 9).
Rayons cosmiques
Le rayonnement cosmique comprend des particules énergétiques d'origine extraterrestre qui frappent l'atmosphère terrestre (principalement des particules et surtout des protons). Il comprend également des particules secondaires ; principalement des photons, des neutrons et des muons, générés par les interactions des particules primaires avec les gaz de l'atmosphère.
Grâce à ces interactions, l'atmosphère sert de bouclier contre le rayonnement cosmique, et plus ce bouclier est fin, plus le débit de dose efficace est important. Ainsi, le débit de dose efficace des rayons cosmiques augmente avec l'altitude. Par exemple, le débit de dose à 1,800 XNUMX mètres d'altitude est environ le double de celui au niveau de la mer.
Étant donné que le rayonnement cosmique primaire se compose principalement de particules chargées, il est influencé par le champ magnétique terrestre. Les personnes vivant dans des latitudes plus élevées reçoivent des doses efficaces de rayonnement cosmique plus élevées que celles qui sont plus proches de l'équateur terrestre. La variation due à cet effet est de l'ordre
De 10%.
Enfin, le débit de dose efficace des rayons cosmiques varie en fonction de la modulation de l'émission de rayons cosmiques du soleil. En moyenne, les rayons cosmiques contribuent pour environ 0.3 mSv à la dose efficace de rayonnement de fond pour le corps entier.
Radionucléides cosmogéniques
Les rayons cosmiques produisent des radionucléides cosmogéniques dans l'atmosphère. Les plus importants d'entre eux sont le tritium (3H), béryllium-7 (7Be), carbone 14 (14C) et sodium-22 (22N / A). Ils sont produits par les rayons cosmiques interagissant avec les gaz atmosphériques. Les radionucléides cosmogéniques délivrent environ 0.01 mSv de dose efficace annuelle. La plupart de cela vient de 14C.
Retombées nucléaires
Des années 1940 aux années 1960, de nombreux essais d'armes nucléaires au-dessus du sol ont eu lieu. Ces essais ont produit de grandes quantités de matières radioactives et les ont distribuées dans l'environnement à travers le monde comme retombées. Bien qu'une grande partie de ces débris se soit désintégrée depuis en isotopes stables, les petites quantités restantes seront une source d'exposition pendant de nombreuses années à venir. En outre, les pays qui continuent à tester occasionnellement des armes nucléaires dans l'atmosphère s'ajoutent à l'inventaire mondial.
Les principales retombées contribuant à la dose efficace sont actuellement le strontium-90 (90Sr) et césium-137 (137Cs), qui ont tous deux des demi-vies d'environ 30 ans. La dose efficace annuelle moyenne des retombées est d'environ 0.05 mSv.
Matière radioactive dans le corps
Le dépôt de radionucléides naturels dans le corps humain résulte principalement de l'inhalation et de l'ingestion de ces matières dans l'air, les aliments et l'eau. Ces nucléides comprennent les radio-isotopes de Pb, Po, Bi, Ra, K (potassium), C, H, U et Th. Parmi ceux-ci, 40K est le plus grand contributeur. Les radionucléides d'origine naturelle déposés dans l'organisme contribuent à hauteur d'environ 0.3 mSv à la dose efficace annuelle.
Rayonnement produit par la machine
L'utilisation des rayons X dans les arts de la guérison est la plus grande source d'exposition aux rayonnements produits par les machines. Des millions de systèmes médicaux à rayons X sont utilisés dans le monde. L'exposition moyenne à ces systèmes médicaux à rayons X dépend fortement de l'accès aux soins d'une population. Dans les pays développés, la dose efficace annuelle moyenne de rayonnement médicalement prescrite par les rayons X et les matières radioactives pour le diagnostic et la thérapie est de l'ordre de 1 mSv.
Les rayons X sont un sous-produit de la plupart des accélérateurs de particules de la physique des hautes énergies, en particulier ceux qui accélèrent les électrons et les positrons. Cependant, un blindage et des précautions de sécurité appropriés ainsi que la population à risque limitée rendent cette source d'exposition aux rayonnements moins importante que les sources ci-dessus.
Radionucléides produits par machine
Les accélérateurs de particules peuvent produire une grande variété de radionucléides en quantités variables par le biais de réactions nucléaires. Les particules accélérées comprennent les protons, les deutérons (2noyaux H), particules alpha, mésons chargés, ions lourds, etc. Les matériaux cibles peuvent être constitués de presque tous les isotopes.
Les accélérateurs de particules sont pratiquement la seule source de radio-isotopes émetteurs de positrons. (Les réacteurs nucléaires ont tendance à produire des radio-isotopes riches en neutrons qui se désintègrent par émission de négatrons.) Ils sont également de plus en plus utilisés pour produire des isotopes à courte durée de vie à usage médical, en particulier pour la tomographie par émission de positrons (TEP).
Matériaux et produits de consommation technologiquement améliorés
Les rayons X et les matières radioactives apparaissent, recherchés et indésirables, dans un grand nombre d'opérations modernes. Le tableau 3 énumère ces sources de rayonnement.
Tableau 3. Sources et estimations des doses efficaces associées à la population provenant de matériaux et de produits de consommation technologiquement améliorés
Groupe I - Implique un grand nombre de personnes et la dose efficace individuelle est très |
|
Les produits du tabac |
Combustibles combustibles |
Approvisionnement en eau domestique |
Verre et céramique |
Les matériaux de construction |
Verre ophtalmique |
Produits miniers et agricoles |
|
Groupe II - Implique de nombreuses personnes mais la dose efficace est relativement faible ou limitée |
|
Récepteurs de télévision |
Matériaux de construction d'autoroutes et de routes |
Produits radiolumineux |
Transport aérien de matières radioactives |
Systèmes d'inspection aéroportuaire |
Irradiateurs à éclateur et tubes électroniques |
Détecteurs de gaz et d'aérosols (fumée) |
Produits au thorium - démarreurs de lampes fluorescentes |
Groupe III - Implique relativement peu de personnes et la dose efficace collective est faible |
|
Produits en thorium - baguettes de soudure en tungstène |
Source : NCRP 1987.
Caractéristiques de conception de base des installations de rayonnement
Les dangers associés à la manipulation et à l'utilisation des sources de rayonnement nécessitent des caractéristiques particulières de conception et de construction qui ne sont pas requises pour les laboratoires ou les zones de travail conventionnels. Ces caractéristiques de conception spéciales sont incorporées afin que le travailleur de l'installation ne soit pas indûment gêné tout en s'assurant qu'il n'est pas exposé à des risques de rayonnement externes ou internes indus.
L'accès à toutes les zones où une exposition à des sources de rayonnements ou à des matières radioactives pourrait se produire doit être contrôlé non seulement en ce qui concerne les travailleurs de l'installation qui peuvent être autorisés à pénétrer dans ces zones de travail, mais également en ce qui concerne le type de vêtements ou d'équipement de protection qu'ils doivent porter. porter et les précautions à prendre dans les zones contrôlées. Dans l'administration de ces mesures de contrôle, il aide à classer les zones de travail sous rayonnement en fonction de la présence de rayonnements ionisants, de la présence de contamination radioactive ou des deux. L'introduction de ces concepts de classification des zones de travail aux premières étapes de la planification permettra à l'installation d'avoir toutes les caractéristiques nécessaires pour rendre les opérations avec des sources de rayonnement moins dangereuses.
Classification des zones de travail et des types de laboratoires
La base de la classification de la zone de travail est le regroupement des radionucléides en fonction de leurs radiotoxicités relatives par unité d'activité. Le groupe I doit être classé comme radionucléides de toxicité très élevée, le groupe II comme radionucléides de toxicité modérée à élevée, le groupe III comme radionucléides de toxicité modérée et le groupe IV comme radionucléides de faible toxicité. Le tableau 1 montre la classification des groupes de toxicité de nombreux radionucléides.
Tableau 1. Radionucléides classés selon leur radiotoxicité relative par unité d'activité
Groupe I : Toxicité très élevée |
|||||||||
210Pb |
210Po |
223Ra |
226Ra |
228Ra |
227Ac |
227Th |
228Th |
230Th |
231Pa |
230U |
232U |
233U |
234U |
237Np |
238Pu |
239Pu |
240Pu |
241Pu |
242Pu |
241Am |
243Am |
242Cm |
243Cm |
244Cm |
245Cm |
246Cm |
249Cm |
250Cf |
252Cf |
Groupe II : Haute toxicité |
|||||||||
22Na |
36Cl |
45Ca |
46Sc |
54Mn |
56Co |
60Co |
89Sr |
90Sr |
91Y |
95Zr |
106Ru |
110Agm |
115Cdm |
114Inm |
124Sb |
125Sb |
127Tem |
129Tem |
124I |
126I |
131I |
133I |
134Cs |
137Cs |
140Ba |
144Ce |
152Eu (13 ans) |
154Eu |
160Tb |
170Tm |
181Hf |
210Bi |
182Ta |
192Ir |
204Tl |
207Bi |
230Pa |
211At |
212Pb |
224Ra |
228Ac |
234Th |
236U |
249Bk |
|||||
Groupe III : Toxicité modérée |
|||||||||
7Be |
14C |
18F |
24Na |
38Cl |
31Si |
32P |
35S |
41A |
42K |
43K |
47Sc |
48Sc |
48V |
51Cr |
52Mn |
56Mn |
52Fe |
55Fe |
59Fe |
57Co |
53Ni |
65Ni |
64Cu |
65Zn |
69Znm |
72Ga |
73As |
74As |
76As |
77As |
82Br |
85Krm |
87Kr |
86Rb |
85Sr |
91Sr |
90Y |
92Y |
93Y |
97Zr |
95Nb |
99Mo |
96Tc |
97Tcm |
97Tc |
99Tc |
97Ru |
103Ru |
105Ru |
105Rh |
109Pd |
105Ag |
111Ag |
109Cd |
115Cd |
115Inm |
113Sn |
125Sn |
122Sb |
125Tem |
129Te |
131Tem |
132Te |
130I |
132I |
134I |
135I |
135Xe |
131Cs |
136Cs |
140La |
141Ce |
143Ce |
142Pr |
143Pr |
147Nd |
149Nd |
147Pm |
149Pm |
151Sm |
152Eu (9.2 h) |
155Eu |
153Gd |
159Gd |
165Dy |
166Dy |
166Ho |
169Er |
171Er |
171Tm |
177Lu |
181W |
185W |
187W |
183Re |
186Re |
188Re |
185Os |
191Os |
193Os |
190Ir |
195Ir |
191Pt |
193Pt |
197Pt |
196Au |
198Au |
199Au |
197Hg |
197Hgm |
203Hg |
200Tl |
201Tl |
202Tl |
203Pb |
206Bi |
212Bi |
220Rn |
222Rn |
231Th |
233Pa |
239Np |
|||||||
Groupe IV : faible toxicité |
|||||||||
3H |
15O |
37A |
58Com |
59Ni |
69Zn |
71Ge |
85Kr |
85Srm |
87Rb |
91Ym |
93Zr |
97Nb |
96Tcm |
99Tcm |
103Rhm |
133Inm |
129I |
131Xem |
133Xe |
134Csm |
135Cs |
147Sm |
187Re |
191Osm |
193Ptm |
197Ptm |
natTh |
232Th |
235U |
238U |
natU |
(AIEA 1973)
Trois grands types de laboratoires peuvent être envisagés sur la base de considérations de radiotoxicité, des quantités ou quantités de matières radioactives qui seront manipulées dans la zone de travail et du type d'opérations impliquées.
Le tableau 2 décrit les laboratoires par type et fournit des exemples pour chaque type. Le tableau 3 montre les types de laboratoires ainsi que la classification des zones de travail et le contrôle d'accès (IAEA 1973).
Tableau 2. Classification des zones de travail
Type |
Définition |
Contrôle d'accès |
Opérations typiques |
1 |
Zones dans lesquelles les niveaux de dose absorbée par le rayonnement externe ou les niveaux de contamination radioactive pourraient être élevés |
Accès contrôlé aux travailleurs sous rayonnement uniquement, dans des conditions de travail strictement contrôlées et avec un équipement de protection approprié |
Laboratoires chauds, zones fortement contaminées |
2 |
Zones dans lesquelles des niveaux de rayonnement externes pourraient exister et dans lesquelles la possibilité de contamination nécessite des instructions d'utilisation |
Accès limité aux travailleurs sous rayonnement |
Usines d'illumination et autres équivalents |
3 |
Zones dans lesquelles le niveau de rayonnement externe moyen est inférieur à 1 mGy·semaine-1 et dans lequel la possibilité de contamination radioactive nécessite des instructions d'utilisation particulières |
Accès limité aux travailleurs sous rayonnement, non |
Zones de travail à proximité immédiate de |
4 |
Zones à l'intérieur des limites d'une installation radiologique où les niveaux de rayonnement externe sont inférieurs à 0.1 mGy•semaine-1 et où |
Accès non contrôlé |
Administration et salles d'attente des patients |
(ICRP 1977, AIEA 1973)
Tableau 3. Classification des laboratoires de manipulation de matières radioactives
Groupe de |
Type de laboratoire requis pour l'activité spécifiée ci-dessous |
||
Tapez 1 |
Tapez 2 |
Tapez 3 |
|
I |
<370 kBq |
70 kBq à |
>37 MBq |
II |
<37 MBq |
37 MBq à |
>37 GBq |
III |
<37 GBq |
37 GBq à |
>370 GBq |
IV |
<370 GBq |
370 GBq à |
>37 Tbq |
Facteurs opérationnels pour l'utilisation en laboratoire de matières radioactives |
Facteurs de multiplication pour les niveaux d'activité |
Stockage simple |
× 100 |
Opérations humides simples (par exemple, préparation d'aliquotes de solution mère) |
× 10 |
Opérations chimiques normales (par exemple, préparation chimique simple et analyse) |
× 1 |
Opérations humides complexes (par exemple, opérations multiples ou opérations avec de la verrerie complexe) |
× 0.1 |
Opérations simples à sec (par exemple, manipulations de poudres de composés radioactifs volatils) |
× 0.1 |
Opérations sèches et poussiéreuses (par exemple, meulage) |
× 0.01 |
(ICRP 1977, AIEA 1973)
Les risques liés au travail avec des matières radioactives dépendent non seulement du niveau de radiotoxicité ou de toxicité chimique et de l'activité des radionucléides, mais aussi de la forme physique et chimique de la matière radioactive et de la nature et de la complexité de l'opération ou de la procédure en cours.
Emplacement d'une installation de rayonnement dans un bâtiment
Lorsqu'une installation radiologique fait partie d'un grand bâtiment, il convient de garder à l'esprit ce qui suit au moment de décider de l'emplacement d'une telle installation :
Planification des installations de rayonnement
Lorsqu'une gradation des niveaux d'activité est envisagée, le laboratoire doit être situé de manière à ce que l'accès aux zones où existent des niveaux élevés de rayonnement ou de contamination radioactive soit progressif ; c'est-à-dire qu'on entre d'abord dans une zone de non rayonnement, puis dans une zone de faible activité, puis dans une zone d'activité moyenne et ainsi de suite.
La nécessité d'un contrôle élaboré de la ventilation dans les petits laboratoires peut être évitée par l'utilisation de hottes ou de boîtes à gants pour la manipulation de sources non scellées de matières radioactives. Cependant, le système de ventilation doit être conçu de manière à permettre à l'air de circuler dans une direction telle que toute matière radioactive en suspension dans l'air s'éloigne du travailleur sous rayonnement. Le flux d'air doit toujours aller d'une zone non contaminée vers une zone contaminée ou potentiellement contaminée.
Pour la manipulation de sources non scellées de faible à moyenne radioactivité, la vitesse moyenne de l'air à travers l'ouverture de la hotte doit être d'environ 0.5 ms-1. Pour une radioactivité hautement radiotoxique ou de haut niveau, la vitesse de l'air à travers l'ouverture doit être portée à une moyenne de 0.6 à
1.0 ms-1. Cependant, des vitesses d'air excessivement élevées peuvent extraire des matières radioactives des conteneurs ouverts et contaminer toute la zone de la hotte.
L'emplacement de la hotte dans le laboratoire est important en ce qui concerne les courants d'air croisés. En général, une hotte doit être située loin des portes où l'air d'alimentation ou d'appoint doit entrer. Les ventilateurs à double vitesse permettront un fonctionnement à une vitesse d'air plus élevée pendant l'utilisation de la hotte et à une vitesse plus faible lorsqu'elle est fermée.
Le but de tout système de ventilation devrait être de :
Dans la conception des installations radiologiques, les lourdes exigences de blindage peuvent être réduites au minimum par l'adoption de certaines mesures simples. Par exemple, pour la radiothérapie, les accélérateurs, les générateurs de neutrons ou les sources de rayonnement panoramiques, un labyrinthe peut réduire le besoin d'une lourde porte doublée de plomb. L'amincissement de la barrière de protection primaire dans les zones qui ne sont pas directement dans le faisceau utile ou la localisation de l'installation partiellement ou complètement sous terre peut réduire considérablement la quantité de blindage nécessaire.
Une attention particulière doit être accordée au bon positionnement des fenêtres d'observation, des câbles des conduits souterrains et des déflecteurs du système de ventilation. La fenêtre de visualisation ne doit intercepter que le rayonnement diffusé. Encore mieux est une télévision en circuit fermé, qui peut également améliorer l'efficacité.
Finitions de surface dans une zone de travail
Toutes les surfaces brutes, telles que le plâtre, le béton, le bois, etc., doivent être scellées de manière permanente avec un matériau approprié. Le choix du matériau doit être fait en tenant compte des considérations suivantes :
Les peintures, vernis et laques ordinaires ne sont pas recommandés pour recouvrir les surfaces d'usure. L'application d'un matériau de revêtement qui peut être facilement enlevé peut être utile en cas de contamination et qu'une décontamination est nécessaire. Cependant, le retrait de ces matériaux peut parfois être difficile et salissant.
Plomberie
Les éviers, les lavabos et les siphons de sol doivent être correctement marqués. Les lavabos où les mains contaminées peuvent être lavées doivent être munis de robinets actionnés au genou ou au pied. Il peut être économique de réduire la maintenance en utilisant des conduites qui peuvent être facilement décontaminées ou remplacées si nécessaire. Dans certains cas, il peut être conseillé d'installer des réservoirs souterrains de rétention ou de stockage pour contrôler l'élimination des matières radioactives liquides.
Conception de blindage contre les radiations
Le blindage est important pour réduire l'exposition aux rayonnements des travailleurs de l'installation et des membres du grand public. Les exigences de blindage dépendent d'un certain nombre de facteurs, y compris le temps pendant lequel les travailleurs sous rayonnement ou les membres du public sont exposés aux sources de rayonnement et le type et l'énergie des sources de rayonnement et des champs de rayonnement.
Dans la conception des écrans anti-rayonnement, le matériau de blindage doit être placé près de la source de rayonnement si possible. Des considérations de blindage distinctes doivent être faites pour chaque type de rayonnement concerné.
La conception du blindage peut être une tâche complexe. Par exemple, l'utilisation d'ordinateurs pour modéliser le blindage des accélérateurs, des réacteurs et d'autres sources de rayonnement de haut niveau dépasse le cadre de cet article. Des experts qualifiés doivent toujours être consultés pour la conception de blindage complexe.
Blindage de la source gamma
L'atténuation du rayonnement gamma est qualitativement différente de celle du rayonnement alpha ou bêta. Ces deux types de rayonnement ont une portée définie dans la matière et sont complètement absorbés. Le rayonnement gamma, en revanche, peut être réduit en intensité par des absorbeurs de plus en plus épais, mais il ne peut pas être complètement absorbé. Si l'atténuation des rayons gamma monoénergétiques est mesurée dans des conditions de bonne géométrie (c'est-à-dire que le rayonnement est bien collimaté dans un faisceau étroit), les données d'intensité, lorsqu'elles sont tracées sur un graphique semi-logarithmique en fonction de l'épaisseur de l'absorbeur, se situeront sur une ligne droite avec la pente égale à l'atténuation
coefficient, µ.
L'intensité ou le débit de dose absorbée transmis à travers un absorbeur peut être calculé comme suit :
I(T) = I(0)e- μ t
De I(t) est l'intensité des rayons gamma ou le débit de dose absorbé transmis à travers un absorbeur d'épaisseur t.
Les unités de μ et t sont l'inverse l'un de l'autre. Si l'épaisseur de l'absorbeur t est mesuré en cm, alors μ est le coefficient d'atténuation linéaire et a des unités de cm-1. Si t a des unités de densité surfacique (g/cm2), alors μ est le coefficient d'atténuation massique μm et a des unités de cm2/g.
En tant qu'approximation de premier ordre utilisant la densité surfacique, tous les matériaux ont à peu près les mêmes propriétés d'atténuation des photons pour les photons avec des énergies comprises entre environ 0.75 et 5.0 MeV (méga-électron-volts). Dans cette plage d'énergie, les propriétés de blindage gamma sont approximativement proportionnelles à la densité du matériau de blindage. Pour des énergies photoniques inférieures ou supérieures, les absorbeurs de numéro atomique supérieur assurent un blindage plus efficace que ceux de numéro atomique inférieur, pour une densité surfacique donnée.
Dans des conditions de mauvaise géométrie (par exemple, pour un faisceau large ou pour un blindage épais), l'équation ci-dessus sous-estimera considérablement l'épaisseur de blindage requise car elle suppose que chaque photon qui interagit avec le blindage sera retiré du faisceau et ne sera pas détectée. Un nombre important de photons peut être diffusé par le blindage dans le détecteur, ou des photons qui avaient été diffusés hors du faisceau peuvent y être diffusés après une seconde interaction.
Une épaisseur de blindage pour des conditions de mauvaise géométrie peut être estimée grâce à l'utilisation du facteur d'accumulation B qui peut être estimé comme suit :
I(T) = I(0)Be- μ t
Le facteur d'accumulation est toujours supérieur à un et peut être défini comme le rapport de l'intensité du rayonnement photonique, y compris le rayonnement primaire et diffusé, en tout point du faisceau, à l'intensité du faisceau primaire uniquement à ce point. Le facteur d'accumulation peut s'appliquer soit au flux de rayonnement, soit au débit de dose absorbée.
Des facteurs d'accumulation ont été calculés pour diverses énergies de photons et divers absorbeurs. De nombreux graphiques ou tableaux donnent l'épaisseur du blindage en termes de longueurs de relaxation. Une longueur de relaxation est l'épaisseur d'un écran qui atténuera un faisceau étroit à 1/e (environ 37 %) de son intensité d'origine. Une longueur de relaxation est donc numériquement égale à l'inverse du coefficient d'atténuation linéaire (c'est-à-dire 1/μ).
L'épaisseur d'un absorbeur qui, lorsqu'il est introduit dans le faisceau de photons primaire, réduit de moitié le débit de dose absorbée est appelée couche de demi-valeur (HVL) ou épaisseur de demi-valeur (HVT). Le HVL peut être calculé comme suit :
HVL = ln2 / μ
L'épaisseur de protection contre les photons requise peut être estimée en supposant un faisceau étroit ou une bonne géométrie lors du calcul du blindage requis, puis en augmentant la valeur ainsi trouvée d'un HVL pour tenir compte de l'accumulation.
L'épaisseur d'un absorbeur qui, lorsqu'il est introduit dans le faisceau de photons primaire, réduit d'un dixième le débit de dose absorbée est la couche de dixième valeur (TVL). Un TVL est égal à environ 3.32 HVL, puisque :
ln10 / ln2 ≈ 3.32
Les valeurs des TVL et des HVL ont été tabulées pour diverses énergies de photons et plusieurs matériaux de blindage courants (par exemple, le plomb, l'acier et le béton) (Schaeffer 1973).
L'intensité ou le débit de dose absorbée pour une source ponctuelle obéit à la loi du carré inverse et peut être calculé comme suit :
De Ii est l'intensité des photons ou le débit de dose absorbée à distance di de la source.
Blindage des appareils radiologiques médicaux et non médicaux
Le blindage des équipements à rayons X est considéré dans les deux catégories, le blindage de la source et le blindage structurel. Le blindage de la source est généralement fourni par le fabricant du boîtier du tube à rayons X.
Les règlements de sécurité spécifient un type de boîtier de tube de protection pour les installations de radiodiagnostic médical et un autre type pour les installations de radiothérapie médicale. Pour les équipements à rayons X non médicaux, le boîtier du tube et d'autres parties de l'appareil à rayons X, tels que le transformateur, sont blindés pour réduire le rayonnement X de fuite à des niveaux acceptables.
Tous les appareils à rayons X, à la fois médicaux et non médicaux, ont des boîtiers de tube de protection conçus pour limiter la quantité de rayonnement de fuite. Le rayonnement de fuite, tel qu'il est utilisé dans ces spécifications pour les gaines de tube, désigne tout rayonnement provenant de la gaine de tube, à l'exception du faisceau utile.
Le blindage structurel d'une installation à rayons X assure une protection contre le faisceau de rayons X utile ou primaire, contre le rayonnement de fuite et contre le rayonnement diffusé. Il renferme à la fois l'équipement à rayons X et l'objet irradié.
La quantité de rayonnement diffusé dépend de la taille du champ de rayons X, de l'énergie du faisceau utile, du numéro atomique effectif du milieu diffusant et de l'angle entre le faisceau utile entrant et la direction de la diffusion.
Un paramètre de conception clé est la charge de travail de l'installation (W):
De W est la charge de travail hebdomadaire, généralement exprimée en mA-min par semaine ; E est le courant du tube multiplié par le temps d'exposition par vue, généralement exprimé en mA s ; Nv est le nombre de vues par patient ou objet irradié ; Np est le nombre de patients ou d'objets par semaine et k est un facteur de conversion (1 min divisé par 60 s).
Un autre paramètre de conception clé est le facteur d'utilisation Un pour un mur (ou sol ou plafond) n. Le mur peut protéger n'importe quelle zone occupée telle qu'une salle de contrôle, un bureau ou une salle d'attente. Le facteur d'utilisation est donné par :
où, Nv, n est le nombre de vues pour lesquelles le faisceau de rayons X principal est dirigé vers le mur n.
Les exigences de blindage structurel pour une installation à rayons X donnée sont déterminées par les éléments suivants :
Compte tenu de ces considérations, la valeur du rapport de faisceau primaire ou du facteur de transmission K en mGy par mA-min à un mètre est donnée par :
Le blindage de l'installation à rayons X doit être construit de manière à ce que la protection ne soit pas altérée par les joints ; par des ouvertures pour les conduits, tuyaux, etc., qui traversent les barrières ; soit par des conduits, des boîtes de service, etc., encastrés dans les barrières. Le blindage doit couvrir non seulement l'arrière des boîtes de service, mais également les côtés, ou être suffisamment étendu pour offrir une protection équivalente. Les conduits qui traversent les barrières doivent avoir suffisamment de courbures pour réduire le rayonnement au niveau requis. Les fenêtres d'observation doivent avoir un blindage équivalent à celui requis pour la cloison (barrière) ou la porte dans laquelle elles sont situées.
Les installations de radiothérapie peuvent nécessiter des verrouillages de porte, des voyants d'avertissement, une télévision en circuit fermé ou des moyens de communication sonore (par exemple, voix ou sonnerie) et visuelle entre toute personne pouvant se trouver dans l'installation et l'opérateur.
Les barrières de protection sont de deux types :
Pour concevoir la barrière de protection secondaire, calculez séparément l'épaisseur requise pour protéger contre chaque composant. Si les épaisseurs requises sont à peu près les mêmes, ajouter un HVL supplémentaire à la plus grande épaisseur calculée. Si la plus grande différence entre les épaisseurs calculées est d'une TVL ou plus, la plus épaisse des valeurs calculées suffira.
L'intensité du rayonnement diffusé dépend de l'angle de diffusion, de l'énergie du faisceau utile, de la taille du champ ou de la zone de diffusion et de la composition du sujet.
Lors de la conception des barrières de protection secondaires, les hypothèses conservatrices simplificatrices suivantes sont faites :
La relation de transmission pour le rayonnement diffusé s'écrit en termes de facteur de transmission de diffusion (Kμx) avec des unités de mGy•m2 (mA-min)-1:
De P est le débit de dose maximale hebdomadaire absorbée (en mGy), dscat est la distance entre la cible du tube à rayons X et l'objet (patient), ds. est la distance entre le diffuseur (objet) et le point d'intérêt que les barrières secondaires sont censées protéger, a est le rapport du rayonnement diffusé au rayonnement incident, f est la taille réelle du champ de diffusion (en cm2), Et F est un facteur expliquant le fait que la sortie de rayons X augmente avec la tension. Des valeurs plus petites de Kμx nécessitent des boucliers plus épais.
Le facteur d'atténuation des fuites BLX pour les systèmes de diagnostic à rayons X est calculé comme suit :
De d est la distance entre la cible du tube et le point d'intérêt et I est le courant du tube en mA.
La relation d'atténuation de la barrière pour les systèmes à rayons X thérapeutiques fonctionnant à 500 kV ou moins est donnée par :
Pour les tubes à rayons X thérapeutiques fonctionnant à des potentiels supérieurs à 500 kV, la fuite est généralement limitée à 0.1 % de l'intensité du faisceau utile à 1 m. Le facteur d'atténuation dans ce cas est :
De Xn est le débit de dose absorbée (en mGy/h) à 1 m d'un tube à rayons X thérapeutique fonctionnant à un courant de tube de 1 mA.
Le nombre n de HVL nécessaires pour obtenir l'atténuation souhaitée BLX est obtenu à partir de la relation :
or
Blindage contre les particules bêta
Deux facteurs doivent être pris en compte lors de la conception d'un écran pour un émetteur bêta à haute énergie. Ce sont les particules bêta elles-mêmes et les bremsstrahlung produit par les particules bêta absorbées dans la source et dans le bouclier. Bremsstrahlung se compose de photons de rayons X produits lorsque des particules chargées à grande vitesse subissent une décélération rapide.
Par conséquent, un bouclier bêta est souvent constitué d'une substance de faible numéro atomique (pour minimiser bremsstrahlung production) suffisamment épais pour arrêter toutes les particules bêta. Vient ensuite un matériau de numéro atomique élevé suffisamment épais pour atténuer bremsstrahlung à un niveau acceptable. (Inverser l'ordre des boucliers augmente bremsstrahlung production dans le premier écran à un niveau si élevé que le deuxième écran peut fournir une protection inadéquate.)
Aux fins d'estimation bremsstrahlung danger, la relation suivante peut être utilisée :
De f est la fraction de l'énergie bêta incidente convertie en photons, Z est le numéro atomique de l'absorbeur, et Eβ est l'énergie maximale du spectre des particules bêta en MeV. Pour assurer une protection adéquate, on suppose normalement que tous bremsstrahlung les photons sont de l'énergie maximale.
Les bremsstrahlung flux F à distance d de la source bêta peut être estimée comme suit :
`Eβ est l'énergie moyenne des particules bêta et peut être estimée par :
La gamme Rβ de particules bêta en unités de densité surfacique (mg/cm2) peut être estimée comme suit pour les particules bêta d'énergies comprises entre 0.01 et 2.5 MeV :
De Rβ est en mg/cm2 ainsi que Eβ est en MeV.
Pour Eβ>2.5 MeV, la gamme des particules bêta Rβ peut être estimée comme suit :
De Rβ est en mg/cm2 ainsi que Eβ est en MeV.
Blindage contre les particules alpha
Les particules alpha sont le type de rayonnement ionisant le moins pénétrant. En raison de la nature aléatoire de ses interactions, la portée d'une particule alpha individuelle varie entre les valeurs nominales, comme indiqué dans la figure 1. La portée dans le cas des particules alpha peut être exprimée de différentes manières : par portée minimale, moyenne, extrapolée ou maximale. . La plage moyenne est la plus précisément déterminable, correspond à la plage de la particule alpha "moyenne" et est utilisée le plus souvent.
Figure 1. Distribution typique de la plage des particules alpha
L'air est le milieu absorbant le plus couramment utilisé pour spécifier la relation distance-énergie des particules alpha. Pour l'énergie alpha Eα moins d'environ 4 MeV, Rα dans l'air est donnée approximativement par :
De Rα est en cm, Eα en MeV.
Pour Eα entre 4 et 8 MeV, Rα dans l'air est donnée approximativement par :
De Rα est en cm, Eα en MeV.
La gamme de particules alpha dans tout autre milieu peut être estimée à partir de la relation suivante :
Rα (dans un autre milieu; mg/cm2) » 0.56 A1/3 Rα (dans l'air; cm) où A est le numéro atomique du milieu.
Blindage neutronique
En règle générale, pour le blindage neutronique, l'équilibre énergétique des neutrons est atteint et reste ensuite constant après une ou deux longueurs de relaxation du matériau de blindage. Ainsi, pour des écrans plus épais que quelques longueurs de relaxation, l'équivalent de dose hors blindage béton ou fer sera atténué avec des longueurs de relaxation de 120 g/cm2 ou 145 g / cm2, Respectivement.
La perte d'énergie des neutrons par diffusion élastique nécessite un bouclier hydrogéné pour maximiser le transfert d'énergie lorsque les neutrons sont modérés ou ralentis. Pour les énergies neutroniques supérieures à 10 MeV, les processus inélastiques sont efficaces pour atténuer les neutrons.
Comme pour les réacteurs nucléaires, les accélérateurs à haute énergie nécessitent un blindage lourd pour protéger les travailleurs. La plupart des équivalents de dose reçus par les travailleurs proviennent de l'exposition à des matières radioactives activées lors des opérations de maintenance. Les produits d'activation sont fabriqués dans les composants et les systèmes de support de l'accélérateur.
Surveillance de l'environnement de travail
Il est nécessaire de traiter séparément la conception des programmes de surveillance de routine et de surveillance opérationnelle de l'environnement de travail. Des programmes spéciaux de surveillance seront conçus pour atteindre des objectifs spécifiques. Il n'est pas souhaitable de concevoir des programmes en termes généraux.
Surveillance de routine du rayonnement externe
Une partie importante de la préparation d'un programme de surveillance de routine des rayonnements externes sur le lieu de travail consiste à effectuer une enquête complète lorsqu'une nouvelle source de rayonnements ou une nouvelle installation est mise en service, ou lorsque des changements substantiels ont été apportés ou peuvent avoir été réalisés dans une installation existante.
La fréquence de la surveillance de routine est déterminée en tenant compte des changements attendus dans l'environnement radiologique. Si les changements apportés à l'équipement de protection ou les modifications des processus effectués sur le lieu de travail sont minimes ou non substantiels, une surveillance radiologique de routine du lieu de travail est rarement nécessaire à des fins d'examen. Si les champs de rayonnement sont susceptibles d'augmenter rapidement et de manière imprévisible jusqu'à des niveaux potentiellement dangereux, un système de surveillance et d'alerte radiologique de la zone est alors nécessaire.
Surveillance opérationnelle des rayonnements externes
La conception d'un programme de surveillance opérationnelle dépend en grande partie de la question de savoir si les opérations à mener influencent les champs de rayonnement ou si les champs de rayonnement resteront sensiblement constants tout au long des opérations normales. La conception détaillée d'une telle enquête dépend essentiellement de la forme de l'opération et des conditions dans lesquelles elle se déroule.
Surveillance de routine de la contamination de surface
La méthode conventionnelle de surveillance de routine de la contamination de surface consiste à surveiller une fraction représentative des surfaces dans une zone à une fréquence dictée par l'expérience. Si les opérations sont telles qu'une contamination de surface considérable est probable et que les travailleurs pourraient transporter des quantités importantes de matières radioactives hors de la zone de travail en un seul événement, la surveillance de routine doit être complétée par l'utilisation de moniteurs de contamination portiques.
Surveillance opérationnelle de la contamination de surface
Une forme de surveillance opérationnelle consiste à surveiller la contamination des articles lorsqu'ils quittent une zone radiologiquement contrôlée. Cette surveillance doit inclure les mains et les pieds des travailleurs.
Les principaux objectifs d'un programme de surveillance de la contamination de surface sont les suivants :
Surveillance de la contamination aéroportée
La surveillance des matières radioactives en suspension dans l'air est importante car l'inhalation est généralement la voie d'absorption la plus importante de ces matières par les travailleurs sous rayonnement.
La surveillance du lieu de travail pour la contamination aéroportée sera nécessaire sur une base régulière dans les circonstances suivantes :
Lorsqu'un programme de surveillance de l'air est requis, il doit :
La forme la plus courante de surveillance de la contamination atmosphérique est l'utilisation d'échantillonneurs d'air à un certain nombre d'emplacements choisis pour être raisonnablement représentatifs des zones respiratoires des travailleurs sous rayonnement. Il peut être nécessaire de faire en sorte que les échantillons représentent plus précisément les zones respiratoires en utilisant des échantillonneurs d'air personnels ou de revers.
Détection et mesure du rayonnement et de la contamination radioactive
La surveillance ou l'examen au moyen de lingettes et d'examens aux instruments des plans de travail, des sols, des vêtements, de la peau et d'autres surfaces sont au mieux des procédures qualitatives. Il est difficile de les rendre hautement quantitatifs. Les instruments utilisés sont généralement des types de détection plutôt que des appareils de mesure. Étant donné que la quantité de radioactivité impliquée est souvent faible, la sensibilité des instruments doit être élevée.
L'exigence de portabilité des détecteurs de contamination dépend de leurs utilisations prévues. Si l'instrument est destiné à la surveillance à usage général des surfaces de laboratoire, un type d'instrument portable est souhaitable. Si l'instrument est destiné à un usage spécifique dans lequel l'élément à surveiller peut être apporté à l'instrument, alors la portabilité n'est pas nécessaire. Les moniteurs de vêtements et les moniteurs de mains et de chaussures ne sont généralement pas portables.
Les instruments de comptage et les moniteurs intègrent généralement des lectures de compteur et des sorties sonores ou des prises d'écouteurs. Le tableau 4 identifie les instruments qui peuvent être utilisés pour la détection de contaminants radioactifsion.+
Tableau 4. Instruments de détection de contamination
Instrument |
Plage de taux de comptage et autres caractéristiques1 |
Utilisations typiques |
Remarques |
moniteurs de surface bg2 |
|||
Général |
|||
Compteur portable (à paroi mince ou à fenêtre mince GM3 contrer) |
0-1,000 XNUMX cpm |
Surfaces, mains, vêtements |
Simple, fiable, alimenté par batterie |
Fin-fenêtre mince |
0-1,000 XNUMX cpm |
Surfaces, mains, vêtements |
Exploité par la ligne |
personnel |
|||
Moniteur mains-chaussures, GM ou |
Entre 1½ et 2 fois naturel |
Surveillance rapide de la contamination |
Fonctionnement automatique |
# |
|||
Moniteurs de blanchisserie, moniteurs d'étage, |
Entre 1½ et 2 fois naturel |
Surveillance de la contamination |
Pratique et rapide |
Moniteurs de surface Alpha |
|||
Général |
|||
Compteur proportionnel d'air portable avec sonde |
0-100,000 100 cpm sur XNUMX cm2 |
Surfaces, mains, vêtements |
Ne pas utiliser en cas d'humidité élevée, batterie- |
Compteur de débit de gaz portable avec sonde |
0-100,000 100 cpm sur XNUMX cm2 |
Surfaces, mains, vêtements |
Fenêtre fragile à piles |
Compteur à scintillation portable avec sonde |
0-100,000 100 cpm sur XNUMX cm2 |
Surfaces, mains, vêtements |
Fenêtre fragile à piles |
Personnel |
|||
Compteur proportionnel à main et chaussure, moniteur |
0-2,000 300 cpm sur environ XNUMX cm2 |
Surveillance rapide des mains et des chaussures pour la contamination |
Fonctionnement automatique |
Compteur à scintillation main et chaussure, moniteur |
0-4,000 300 cpm sur environ XNUMX cm2 |
Surveillance rapide des mains et des chaussures pour la contamination |
Robuste |
Moniteurs de plaies |
Détection de photons à basse énergie |
Surveillance du plutonium |
Conception spéciale |
Moniteurs d'air |
|||
Échantillonneurs de particules |
|||
Papier filtre, grand volume |
1.13/ Min |
Échantillons rapides |
Utilisation intermittente, nécessite un |
Papier filtre, faible volume |
0.2 20-m3/h |
Surveillance continue de l'air ambiant |
Utilisation continue, nécessite un |
Revers |
0.033/ Min |
Surveillance continue de l'air de la zone respiratoire |
Utilisation continue, nécessite un |
Précipitateur électrostatique |
0.093/ Min |
La surveillance continue |
Échantillon déposé sur coque cylindrique, |
Impacteur |
0.6 1.1-m3/ Min |
Contamination alpha |
Usages spéciaux, nécessite un comptoir séparé |
Moniteurs d'air au tritium |
|||
Chambres d'ionisation à flux |
0-370 kBq/m3 m. |
La surveillance continue |
Peut être sensible à d'autres ionisations |
Systèmes complets de surveillance de l'air |
Activité minimale détectable |
|
|
Papier filtre fixe |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
L'accumulation de fond peut masquer une activité de bas niveau, compteur inclus |
|
Papier filtre mobile |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
Enregistrement continu de l'activité de l'air, le temps de mesure peut être ajusté à partir de |
1 cpm = compte par minute.
2 Peu de détecteurs de surface sont adaptés à la détection du tritium (3H). Les tests d'essuyage comptés par des dispositifs à scintillation liquide sont appropriés pour détecter une contamination au tritium.
3 GM = Compteur Geiger-Muller.
Détecteurs de contamination alpha
La sensibilité d'un détecteur alpha est déterminée par la surface et l'épaisseur de sa fenêtre. Généralement, la surface de la fenêtre est de 50 cm2 ou plus avec une densité surfacique de fenêtre de 1 mg/cm2 ou moins. Les moniteurs de contamination alpha doivent être insensibles aux rayonnements bêta et gamma afin de minimiser les interférences de fond. Ceci est généralement accompli par discrimination de hauteur d'impulsion dans le circuit de comptage.
Les moniteurs alpha portables peuvent être soit des compteurs proportionnels au gaz, soit des compteurs à scintillation au sulfure de zinc.
Détecteurs de contamination bêta
Des moniteurs bêta portables de plusieurs types peuvent être utilisés pour la détection de la contamination par des particules bêta. Les compteurs Geiger-Mueller (GM) nécessitent généralement une fenêtre mince (densité surfacique entre 1 et 40 mg/cm2). Les compteurs à scintillation (anthracène ou plastique) sont très sensibles aux particules bêta et relativement insensibles aux photons. Les compteurs bêta portables ne peuvent généralement pas être utilisés pour surveiller le tritium (3H) contamination car l'énergie des particules bêta de tritium est très faible.
Tous les instruments utilisés pour la surveillance de la contamination bêta réagissent également au rayonnement de fond. Ceci doit être pris en compte lors de l'interprétation des lectures de l'instrument.
Lorsque des niveaux élevés de rayonnement de fond existent, les compteurs portables pour la surveillance de la contamination ont une valeur limitée, car ils n'indiquent pas de petites augmentations des taux de comptage initialement élevés. Dans ces conditions, des frottis ou des frottis sont recommandés.
Détecteurs de contamination gamma
Étant donné que la plupart des émetteurs gamma émettent également des particules bêta, la plupart des moniteurs de contamination détectent à la fois les rayonnements bêta et gamma. La pratique habituelle est d'utiliser un détecteur sensible aux deux types de rayonnements afin d'avoir une sensibilité accrue, car l'efficacité de détection est généralement plus grande pour les particules bêta que pour les rayons gamma. Les scintillateurs plastiques ou les cristaux d'iodure de sodium (NaI) sont plus sensibles aux photons que les compteurs GM, et sont donc recommandés pour la détection des rayons gamma.
Préleveurs d'air et moniteurs
Les particules peuvent être échantillonnées par les méthodes suivantes : sédimentation, filtration, impaction et précipitation électrostatique ou thermique. Cependant, la contamination particulaire dans l'air est généralement surveillée par filtration (pompage de l'air à travers le média filtrant et mesure de la radioactivité sur le filtre). Les débits d'échantillonnage sont généralement supérieurs à 0.03 m3/min. Cependant, les débits d'échantillonnage de la plupart des laboratoires ne dépassent pas 0.3 m3/min. Les types spécifiques d'échantillonneurs d'air comprennent les échantillonneurs « grappins » et les moniteurs d'air continus (CAM). Les CAM sont disponibles avec du papier filtre fixe ou mobile. Un CAM doit inclure une alarme car sa fonction principale est d'avertir des changements de contamination dans l'air.
Étant donné que les particules alpha ont une portée très courte, des filtres à chargement en surface (par exemple, des filtres à membrane) doivent être utilisés pour la mesure de la contamination par les particules alpha. L'échantillon prélevé doit être mince. Le temps entre la collecte et la mesure doit être pris en compte pour tenir compte de la désintégration des descendants du radon (Rn).
Les iodes radioactifs tels que 123I, 125I et 131Je peux être détecté avec du papier filtre (en particulier si le papier est chargé de charbon de bois ou de nitrate d'argent) car une partie de l'iode se déposera sur le papier filtre. Cependant, les mesures quantitatives nécessitent des pièges ou des cartouches de charbon actif ou de zéolithe d'argent pour fournir une absorption efficace.
L'eau tritiée et le tritium gazeux sont les principales formes de contamination par le tritium. Bien que l'eau tritiée ait une certaine affinité pour la plupart des papiers filtres, les techniques de papier filtre ne sont pas très efficaces pour l'échantillonnage de l'eau tritiée. Les méthodes de mesure les plus sensibles et les plus précises impliquent l'absorption de condensat de vapeur d'eau tritiée. Le tritium dans l'air (par exemple, sous forme d'hydrogène, d'hydrocarbures ou de vapeur d'eau) peut être mesuré efficacement avec des chambres de Kanne (chambres d'ionisation à circulation). L'absorption de la vapeur d'eau tritiée d'un échantillon d'air peut être réalisée en faisant passer l'échantillon à travers un piège contenant un tamis moléculaire de gel de silice ou en faisant barboter l'échantillon dans de l'eau distillée.
Selon l'opération ou le processus, il peut être nécessaire de surveiller les gaz radioactifs. Ceci peut être accompli avec des chambres de Kanne. Les dispositifs les plus couramment utilisés pour le prélèvement par absorption sont les épurateurs de gaz frettés et les impacteurs. De nombreux gaz peuvent également être collectés en refroidissant l'air en dessous du point de congélation du gaz et en collectant le condensat. Cette méthode de collecte est le plus souvent utilisée pour l'oxyde de tritium et les gaz nobles.
Il existe plusieurs façons d'obtenir des échantillons ponctuels. La méthode choisie doit être adaptée au gaz à échantillonner et à la méthode d'analyse ou de mesure requise.
Surveillance des effluents
La surveillance des effluents fait référence à la mesure de la radioactivité à son point de rejet dans l'environnement. Il est relativement facile à réaliser en raison de la nature contrôlée de l'emplacement d'échantillonnage, qui se trouve généralement dans un flux de déchets qui est déchargé via une cheminée ou une conduite de décharge de liquide.
Une surveillance continue de la radioactivité dans l'air peut être nécessaire. En plus du dispositif de collecte d'échantillon, généralement un filtre, un agencement d'échantillonnage typique pour les particules dans l'air comprend un dispositif de déplacement d'air, un débitmètre et des conduits associés. Le dispositif de déplacement d'air est situé en aval du collecteur d'échantillons ; c'est-à-dire que l'air passe d'abord à travers le collecteur d'échantillons, puis à travers le reste du système d'échantillonnage. Les conduites d'échantillonnage, en particulier celles situées en amont du système de prélèvement d'échantillons, doivent être aussi courtes que possible et exemptes de coudes prononcés, de zones de turbulence ou de résistance au flux d'air. Un volume constant sur une plage appropriée de chutes de pression doit être utilisé pour l'échantillonnage de l'air. L'échantillonnage en continu des isotopes radioactifs du xénon (Xe) ou du krypton (Kr) est réalisé par adsorption sur charbon actif ou par voie cryogénique. La cellule de Lucas est l'une des techniques les plus anciennes et toujours la méthode la plus populaire pour la mesure des concentrations de Rn.
Une surveillance continue des liquides et des conduites de déchets pour les matières radioactives est parfois nécessaire. Les canalisations d'évacuation des laboratoires chauds, des laboratoires de médecine nucléaire et les canalisations de refroidissement des réacteurs en sont des exemples. Une surveillance continue peut cependant être effectuée par une analyse de routine en laboratoire d'un petit échantillon proportionnel au débit de l'effluent. Des échantillonneurs qui prélèvent des aliquotes périodiques ou qui extraient en continu une petite quantité de liquide sont disponibles.
L'échantillonnage ponctuel est la méthode habituelle utilisée pour déterminer la concentration de matières radioactives dans un réservoir à rétention. L'échantillon doit être prélevé après recirculation afin de comparer le résultat de la mesure avec les débits de décharge admissibles.
Idéalement, les résultats de la surveillance des effluents et de la surveillance de l'environnement seront en bon accord, le second pouvant être calculé à partir du premier à l'aide de divers modèles de voies. Cependant, il faut reconnaître et souligner que la surveillance des effluents, aussi bonne ou étendue soit-elle, ne peut se substituer à la mesure réelle des conditions radiologiques dans l'environnement.
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