Les appareils de protection respiratoire munis de cartouches chimiques contenant du charbon actif, sont les appareils les plus utilisés en milieu de travail pour protéger les travailleurs contre les vapeurs organiques toxiques.  Cependant, étant donné que les indicateurs de fin de service pour les cartouches ne sont pas encore au point, il est recommandé d’utiliser des modèles de prédiction pour estimer la durée de vie des cartouches.  Dans le cas des mélanges, ces modèles de prédiction ne tiennent pas compte de la toxicité des contaminants.  Ainsi, l’objectif principal de cette thèse fut d’optimiser les modèles théoriques de prédiction à partir de réalisation de trois sujets de recherche : (1) le développement d’une méthode expérimentale pour caractériser la microstructure des charbons actifs dans des conditions environnementales semblables à celles de leur utilisation; (2) la conception d’une approche expérimentale dans un montage réduit avec une cartouche miniature (Mini) permettant de mieux contrôler les conditions environnementales et de réduire la quantité de solvants utilisés lors des essais ; et (3) l’intégration d’une approche toxicologique qui applique le principe de l’indice de risque (HI) aux mélanges pour l’utilisation sécuritaire des cartouches.   En ce qui concerne la caractérisation de la microporosité des charbons, il a été démontré qu’il était possible d’obtenir des isothermes d’adsorption de type I en exposant les charbons à des vapeurs organiques différentes, ayant des rapports de tensions de vapeurs variant de 0.001 à 0.1.  Ces isothermes ont permis d’obtenir les microporosités des charbons et, à l’aide de l‘équation de Dubinin-Radushkevich, de calculer les capacités d’adsorption des charbons des cartouches chimiques qui sont semblables aux valeurs expérimentales.  La mise au point d’un système réduit a démontré qu’une cartouche Mini représentant une section de la cartouche de taille réelle était capable de reproduire les temps de claquage à 10% d’un contaminant et la capacité d’adsorption de la cartouche tout en reproduisant des courbes de claquages parfaitement symétriques.  Cette approche a permis de mieux contrôler les paramètres expérimentaux (température, humidité et débit d’air) et de diminuer la quantité de solvants utilisés pour les essais, tout en obtenant des résultats plus fiables.   L’étude sur les mélanges de vapeurs comprenant un contaminant très volatil et peu toxique a démontré que l’intégration de l’indice de risque dans le calcul du temps de service pour les mélanges permettait une utilisation efficace et sécuritaire des cartouches. Cette approche est valable lorsque la concentration du contaminant le plus volatil est < 50 ppm et que le rapport des concentrations du contaminant volatil au moins volatil est inférieur à 2.   Ces travaux ont démontré, dans l’ensemble, l’amélioration de l’approche expérimentale et théorique, ce qui apporte une plus haute précision des paramètres des modèles de prédiction du temps de service des cartouches chimiques et par conséquent, une meilleure protection des travailleurs.

Mots-clés : Vapeurs organiques , Cartouches chimiques , Mélanges , Temps de service , Charbon actif , Capacité d’adsorption , Appareil respiratoire , Indice de risque