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Timestamp: 2018-07-17 02:49:57+00:00
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Les fumées de soudage et des techniques connexes - PDF
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1 Les fumées de soudage et des techniques connexes ED 6132 aide-mémoire technique
2 L Institut national de recherche et de sécurité (INRS) Dans le domaine de la prévention des risques professionnels, l INRS est un organisme scientifique et technique qui travaille, au plan institutionnel, avec la CNAMTS, les CARSAT, CRAM, CGSS et plus ponctuellement pour les services de l État ainsi que pour tout autre organisme s occupant de prévention des risques professionnels. Il développe un ensemble de savoir-faire pluridisciplinaires qu il met à la disposition de tous ceux qui, en entreprise, sont chargés de la prévention : chef d entreprise, médecin du travail, CHSCT, salariés. Face à la complexité des problèmes, l Institut dispose de compétences scientifiques, techniques et médicales couvrant une très grande variété de disciplines, toutes au service de la maîtrise des risques professionnels. Ainsi, l INRS élabore et diffuse des documents intéressant l hygiène et la sécurité du travail : publications (périodiques ou non), affiches, audiovisuels, multimédias, site Internet Les publications de l INRS sont distribuées par les CARSAT. Pour les obtenir, adressez-vous au service Prévention de la caisse régionale ou de la caisse générale de votre circonscription, dont l adresse est mentionnée en fin de brochure. L INRS est une association sans but lucratif (loi 1901) constituée sous l égide de la CNAMTS et soumise au contrôle financier de l État. Géré par un conseil d administration constitué à parité d un collège représentant les employeurs et d un collège représentant les salariés, il est présidé alternativement par un représentant de chacun des deux collèges. Son financement est assuré en quasi-totalité par le Fonds national de prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles. Les caisses d assurance retraite et de la santé au travail (CARSAT), les caisses régionales d assurance maladie (CRAM) et caisses générales de sécurité sociale (CGSS) Les caisses d assurance retraite et de la santé au travail, les caisses régionales d assurance maladie et les caisses générales de sécurité sociale disposent, pour participer à la diminution des risques professionnels dans leur région, d un service Prévention composé d ingénieurs-conseils et de contrôleurs de sécurité. Spécifiquement formés aux disciplines de la prévention des risques professionnels et s appuyant sur l expérience quotidienne de l entreprise, ils sont en mesure de conseiller et, sous certaines conditions, de soutenir les acteurs de l entreprise (direction, médecin du travail, CHSCT, etc.) dans la mise en œuvre des démarches et outils de prévention les mieux adaptés à chaque situation. Ils assurent la mise à disposition de tous les documents édités par l INRS. Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l INRS, de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite. Il en est de même pour la traduction, l adaptation ou la transformation, l arrangement ou la reproduction, par un art ou un procédé quelconque (article L du code de la propriété intellectuelle). La violation des droits d auteur constitue une contrefaçon punie d un emprisonnement de trois ans et d une amende de euros (article L et suivants du code de la propriété intellectuelle). INRS, Mise en pages et schémas : Atelier Causse
3 Les fumées de soudage et des techniques connexes Myriam Ricaud Département Expertise et conseil technique, INRS ED 6132 juin 2012
4 Sommaire 1 I Composition, formation et émission des fumées La composition des fumées La formation des fumées L émission des fumées I Réglementation L aération et l assainissement Le risque chimique Les valeurs limites d exposition professionnelle Les maladies professionnelles ou à caractère professionnel I Effets des fumées sur la santé Les polluants gazeux Les polluants particulaires I Polluants émis selon les procédés et les matériaux Le soudage Le coupage La projection thermique Le brasage...23 Annexe Bibliographie Ce document est traduit pour partie des chapitres 1 à 3 du guide allemand BGI 593 «Schadstoffe beim Schweißen und bei verwandten Verfahren», avec l aimable autorisation de l'éditeur Vereinigung der Metall-Berufsgenossenschaften et de l'auteur Dr. Ing. Vilia Elena SPIEGEL-CIOBANU. 2
5 Les activités de soudage, de coupage, de brasage et de projection thermique s exercent dans de nombreux secteurs d activité (métallurgie, nucléaire, agroalimentaire, électronique, automobile, aéronautique, etc.), que ce soit en production, en construction ou en maintenance, en atelier ou sur chantier. Du fait des hautes températures atteintes au point de fusion, les différents procédés de soudage, de coupage ainsi que les techniques connexes émettent des fumées qui peuvent être inhalées par les opérateurs et les personnes travaillant à proximité. Ces fumées, composées d un mélange de gaz et de poussières, peuvent, selon leur composition, leur concentration et la durée d exposition, présenter des effets néfastes pour la santé et être à l origine de pathologies professionnelles. Dans les ambiances de travail, les concentrations de fumées peuvent ainsi être très élevées et atteindre plusieurs dizaines de mg/m 3. En France, la valeur limite d exposition professionnelle sur huit heures pour la totalité des poussières composant les fumées de soudage est de 5 mg/m 3. Il existe également des valeurs limites d exposition professionnelle à de nombreux constituants des fumées tels que le chrome, l ozone, le monoxyde de carbone ou le nickel. Afin de protéger la santé des opérateurs et des personnes travaillant à proximité, des mesures de prévention visant à limiter les expositions aux fumées doivent être définies et mises en place. Il convient, dans un premier temps, de sélectionner de préférence les procédés et les matériaux de base et d apport les moins émissifs et les moins polluants. Cette brochure propose ainsi de faire un point sur la composition, la formation, l émission et la toxicité de fumées émises lors de travaux de soudage et des techniques connexes en fonction des procédés mis en œuvre et des matériaux de base et d apport utilisés. Un bref rappel de la réglementation est également présenté. L utilisation de procédés et de matériaux de base et d apport les moins émissifs et les moins polluants s avère parfois insuffisante pour garantir un air sain. Il est donc nécessaire, afin d assurer la protection des travailleurs contre les risques d inhalation de fumées, de capter ces dernières à leur source d émission [1], de mettre en place en complément une ventilation générale [2] ou, à défaut, de porter un appareil de protection respiratoire [3]. 3
6 1 Composition, formation et émission des fumées 1.1. La composition des fumées Les différents procédés de soudage et les techniques connexes (coupage, brasage, projection thermique, etc.) génèrent des fumées qui peuvent être inhalées par l opérateur et les personnes travaillant à proximité. Ces fumées, mélangées à de l air chaud, sont formées en proportions variables : de gaz : gaz protecteurs (argon, hélium, etc.), gaz émis par l opération elle-même (monoxyde de carbone, ozone, Figure 1. Le diamètre des particules émises lors du soudage et du brasage Poussières fines Pharynx Fumées de soudage Larynx Fumées de brasage Poumon Œsophage Fosse nasale Trachée 0,01 µm 0,1 µm 1 µm 10 µm 100 µm Bronche (0,1 mm) Source BGI 593 [32] ALVÉOLAIRES Les fractions inhalable, thoracique et alvéolaire Le système respiratoire peut se diviser en trois zones : les voies aériennes supérieures, l arbre trachéobronchique et la région alvéolaire. Larynx Poumon Bronches Poussières totales Alvéoles Œsophage NON ALVÉOLAIRES Fosses nasales Trachée Figure 2. Les différentes régions du système respiratoire etc.) et gaz issus de la dégradation thermique ou photochimique de revêtements éventuellement présents sur les pièces (phosgène, formaldéhyde, etc.), de particules solides métalliques et d oxydes métalliques (oxydes de zinc, de cadmium, de chrome, d aluminium et de fer, etc.). Elles présentent un diamètre inférieur à 1 µm, voire même plus généralement inférieur à 0,1 µm, soit 100 nm (voir figure 1). Ces particules, nommées généralement particules ultrafines, sont susceptibles d atteindre le poumon profond, c est-à-dire la région alvéolaire du système respiratoire (voir figure 2). Les particules générées lors des activités de soudage et des techniques connexes présentent un diamètre et une morphologie qui varient selon le procédé mis en œuvre (voir figure 3). Par ailleurs, elles ont tendance à former spontanément et très rapidement des chaînes et des agglomérats (voir figure 4) La formation des fumées [32] Du fait des hautes températures atteintes au point de fusion, les différents procédés de soudage, de coupage, de brasage, etc. émettent des fumées sous l effet des processus physiques et/ou chimiques suivants (voir figure 5) : vaporisation, condensation, oxydation, décomposition, pyrolyse, combustion. Fraction inhalable : fraction massique de particules en suspension dans l air pouvant pénétrer dans l organisme par la bouche et le nez et se déposer dans les voies respiratoires ; elle comprend des particules dont le diamètre aérodynamique 1 peut atteindre 100 µm. Fraction thoracique : fraction massique de particules qui, une fois inhalées, peuvent pénétrer au-delà du larynx ; elle comprend des particules dont le diamètre aérodynamique peut atteindre 30 µm. Fraction alvéolaire : fraction massique de particules qui, une fois inhalées, peuvent pénétrer jusqu aux alvéoles pulmonaires ; elle comprend des particules dont le diamètre aérodynamique peut atteindre 10 µm. Les particules émises lors des travaux de soudage et de coupage ayant un diamètre aérodynamique inférieur à 1 µm, la fraction alvéolaire joue un rôle central du point de vue des effets sur la santé. Les données relatives aux poussières inhalables conduisent plutôt à une surestimation qu à une sous-estimation de l exposition. Sur la base de ce découpage, trois fractions de particules ont été définies selon leur taille : les fractions inhalable, thoracique et alvéolaire (d après la norme AFNOR EN 481). Elles donnent des indications sur la pénétration et le dépôt des particules dans le système respiratoire et sur leurs effets potentiels sur la santé. 1. Le diamètre aérodynamique d une particule est le diamètre d une sphère de masse volumique 10 3 kgm -3 dont la vitesse limite de chute en air calme est identique à celle de la particule dans les mêmes conditions de pression, température et humidité relative. Le diamètre aérodynamique intègre à la fois la taille de la particule (et donc ses dimensions géométriques), sa forme et sa densité. 4
7 Figure 3. Les dimensions et la morphologie des particules, chaînes et agglomérats générés lors de la mise en œuvre de deux procédés de soudage Procédés Matériaux Particules, chaînes et agglomérats Soudage manuel à l arc avec électrodes enrobées Soudage sous gaz protecteur (MAG/MIG) Morphologie des particules Particules primaires (diamètre) Taille Chaînes (longueur) Agglomérats (diamètre) Jusqu à 50 nm Plusieurs µm Jusqu à 500 nm Acier CrNi Sphérique Jusqu à 400 nm Plusieurs µm Jusqu à 500 nm Acier CrNi Sphérique Jusqu à 10 nm Jusqu à 100 nm Jusqu à 100 nm Alliages De 10 à 50 nm Sphérique d aluminium Jusqu à 400 nm Source BGI 593 [32] Processus Vaporisation Condensation Oxydation Composés émis Métaux (Fe, Cu, Mn, Ni...) Métaux (Fe, Cu, Mn, Ni...) Métaux + O 2 = oxydes (FeO, Fe 2 O 3, CuO...) N 2 + O 2 2NO NO + ½ O 2 NO 2 Décomposition CO 2 CO + ½ O 2 Pyrolyse Composés organiques C x H y C x1 H y1 CO CH 2 O INRS Combustion Composés organiques + O 2 C x H y O 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 O Figure 4. Fumées de soudage observées en microscopie électronique à balayage Figure 5. Quelques exemples de processus physiques et chimiques mis en jeu lors du soudage et des techniques connexes. Source BGI 593 [32] Les polluants gazeux Le monoxyde de carbone (CO) se forme, du fait de la décomposition thermique du dioxyde de carbone, lors du soudage sous gaz actif avec du dioxyde de carbone (CO 2 ) ou du soudage sous gaz actif avec du mélange gazeux (dont une large part de dioxyde de carbone). Il se forme également du monoxyde de carbone lors de toute combustion avec apport d air insuffisant. Les oxydes d azote (NO et NO 2 ) sont générés suite à l oxydation de l azote de l air (à partir de l oxygène O 2 et de l azote N 2 de l air) à proximité de la flamme ou de l arc électrique. Le monoxyde d azote se forme à des températures supérieures à C et s oxyde dans l air à température ambiante pour produire du dioxyde d azote. N 2 + O 2 2NO + O 2 2 NO (température > C) 2 NO 2 (température ambiante) Lors de l utilisation de procédés autogènes (soudage à la flamme, oxycoupage, métallisation, etc.) et lors de mise en œuvre de coupage plasma et laser à l air comprimé ou à l azote, des oxydes d azote (dioxyde d azote, en particulier) sont générés. L ozone (O 3 ) résulte de la photolyse de l oxygène de l air sous l action de rayonnements ultraviolets. Il se forme en particulier lors du soudage sous gaz protecteur de matériaux fortement réfléchissants (aluminium et alliages aluminium-silicium). La présence d autres gaz ou poussières dans l atmosphère accélère la décomposition de l ozone en oxygène, ce qui explique le fait que la concentration 5
8 en ozone est plus élevée dans le cas de l utilisation de procédés de soudage peu émissifs. O 2 + rayonnement UV O + O 2 O 3 O 3 O 2 + O 2O Du phosgène (COCI 2 ) et du chlorure d hydrogène (HCI) sont produits lors de la dégradation thermique ou de l action de rayonnements ultraviolets sur des agents dégraissants contenant des hydrocarbures chlorés. Enfin, divers gaz sont émis lors du soudage ou du coupage de pièces métalliques revêtues : traitements anticorrosion, peintures, vernis, lubrifiants, décapants, résines, graisses, salissures, traces de solvants, etc. Selon la composition chimique de ces revêtements, il se forme du monoxyde de carbone (CO), du formaldéhyde (HCHO), du diisocyanate de toluylène (TDI), du cyanure d hydrogène (HCN), du chlorure d hydrogène (HCI), du benzène (C 6 H 6 ), du styrène (C 8 H 8 ), du pyrène (C 16 H 10 ), du xylène (C 8 H 10 ), du bisphénol A (BPA), etc Les polluants particulaires Des oxydes de fer (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 ) issus du matériau d apport et du métal de base se forment lors du soudage et du coupage de pièces en acier. De l oxyde d aluminium (Al 2 O 3 ) issu du matériau d apport et du métal de base est émis lors du soudage et du coupage de pièces en aluminium. Des oxydes de manganèse (MnO, MnO 2, Mn 2 O 3, Mn 3 O 4 ) sont générés lors de l utilisation de tous les procédés de soudage à l arc électrique utilisant des matériaux d apport contenant du manganèse. La teneur en manganèse du matériau d apport influe directement sur la teneur des fumées de soudage en oxydes de manganèse. Des études portant sur des travaux de soudage réalisés avec des électrodes dont l enrobage possède une teneur élevée en manganèse ont montré que les fumées émises contenaient jusqu à 40 % de manganèse. Des oxydes de manganèse peuvent également être émis lors du soudage ou du coupage d aciers et d alliages contenant du cuivre, de l aluminium et du magnésium. Des composés du chrome hexavalent (trioxyde de chrome : CrO 3 et chromates : Na 2 CrO 4, K 2 CrO 4, ZnCrO 4, etc.) sont générés à des concentrations très élevées lors du soudage manuel à l arc avec électrodes enrobées d aciers fortement alliés contenant du chrome (aciers inoxydables) ainsi que de pièces présentant un revêtement à base de chromate de zinc, autrefois couramment utilisé. Des composés du chrome hexavalent sont également émis lors de travaux de soudage réalisés avec des fils fourrés contenant du chrome. Des oxydes de nickel (NiO, NiO 2, Ni2O 3 ) se forment notamment lors du soudage avec du nickel pur ou avec un matériau à base de nickel (matériau d apport), lors du soudage et du coupage d aciers inoxydables, d aciers galvanisés, d alliages de nickel et de métaux nickelés ainsi que lors de la projection thermique avec un produit à base de nickel. De l oxyde de cadmium (CdO) est produit lors du brasage fort avec un produit d apport contenant du cadmium (brasage à l argent) et lors du soudage et du coupage de matériaux revêtus de cadmium (pièces cadmiées). De l oxyde de béryllium (BeO) se forme lors du soudage et du coupage de matériaux contenant du béryllium (utilisés notamment dans les industries nucléaire et aérospatiale). De l oxyde de cobalt (CoO) est généré lors du soudage et du coupage d alliages contenant du cobalt et lors de la projection thermique avec un produit à base de cobalt. Des fluorures (CaF 2, KF, NaF, etc.) sont émis lors de l utilisation d électrodes à enrobage basique ou de fils contenant des fluorures. Lors du soudage manuel à l arc avec électrodes non alliées ou faiblement alliées à enrobage basique, par exemple, la teneur en fluorures des fumées peut atteindre 10 à 20 %. Des composés du baryum (BaCO 3, BaF 2 ) se forment lors du soudage avec des électrodes dont l enrobage est à base de baryum ou avec des fils fourrés contenant du baryum. Lors du soudage, avec électrodes enrobées, de fonte et d alliages de cuivre, la teneur en baryum des fumées avoisine 40 %. De l oxyde de zinc (ZnO) se forme lors du soudage et du coupage d aciers galvanisés ou de métaux peints. De l oxyde de potassium, de l oxyde de sodium et du dioxyde de titane (K 2 O, Na 2 O, TiO 2 ) peuvent également être produits. Ils sont issus de l enrobage des électrodes. Du dioxyde de titane peut aussi être présent dans les fumées d électrodes rutiles. D autres oxydes métalliques (oxydes de plomb, de cuivre, de magnésium, d étain et de molybdène, pentoxyde de vanadium, etc.) se forment lors d interventions sur ou avec des matériaux contenant ces métaux (provenant, par exemple, de revêtements métalliques, de peintures, d opérations de réparation sur d anciennes soudures, du produit d apport dans le cas de la projection thermique, du flux/du produit d apport lors du brasage). Du dioxyde de thorium (ThO 2 ) est généré au cours de l affûtage et du polissage des électrodes en tungstène thorié utilisées lors du soudage TIG (technique fréquemment utilisée dans le cas de pièces en aluminium) L émission des fumées La composition des fumées de soudage et le débit d émission dépendent de nombreux paramètres, dont certains sont liés entre eux, parmi lesquels : le procédé de soudage, le diamètre du fil ou de l électrode, le rendement de l électrode, la composition et l épaisseur de l enrobage ou du flux (fils fourrés), la composition du fil ou de l électrode qui, jointe aux caractéristiques précédentes, détermine le risque induit par le produit d apport, 6
9 les paramètres de soudage : intensité, tension, longueur d arc, vitesse de déplacement, le facteur de marche de l installation (rapport du temps effectif de soudage au temps de soudage), la position de soudage : à plat, en angle, verticale montante, la nature de l opération de soudage : assemblage ou rechargement, le débit et la composition du gaz protecteur, la composition du métal de base et son préchauffage éventuel, la présence de revêtements (contenant du zinc, du plomb, du cadmium, etc.) ou de contaminants sur le métal de base (salissures, traces de solvants, graisses, etc.). Quatre-vingt-quinze pour cent des constituants des fumées de soudage proviennent des produits d apport, moins de 5 % du matériau de base. Dans le cas du coupage, le débit d émission et la composition des fumées dépendent plus particulièrement de : la technique de coupe, la vitesse de découpe, la pression du gaz de coupe, la composition du gaz de coupe. 2 Réglementation 2.1. L aération et l assainissement L aération et l assainissement de l atmosphère des lieux de travail font l objet des textes suivants issus du Code du travail : articles R à 7, R à 22, R et 2 et R et 3 relatifs à l aération et à l assainissement [4]. Les locaux dans lesquels s exercent des travaux de soudage, de coupage, de projection thermique, etc. sont des «locaux à pollution spécifique». L employeur a donc l obligation de capter les poussières, gaz et vapeurs «au fur et à mesure de leur production, au plus près de leur source d émission et aussi efficacement que possible, notamment en tenant compte de la nature, des caractéristiques et du débit des polluants de l air ainsi que des mouvements de l air» (art. R du Code du travail). Ces textes réglementaires font l objet de commentaires et de précisions contenus dans la circulaire du 9 mai 1985 du ministère du Travail, relative au commentaire technique des décrets et du 7 décembre 1984 concernant l aération et l assainissement des lieux de travail. Le contrôle périodique des installations d aération et d assainissement fait l objet de l arrêté du 8 octobre 1987 du ministère du Travail Le risque chimique Les règles générales de prévention du risque chimique, établies par les articles R à R du Code du travail, doivent être appliquées [5]. Des règles particulières de prévention, prescrites par les articles R à R du Code du travail, doivent également être mises en œuvre lors de toute opération exposant à un agent cancérogène, mutagène ou toxique pour la reproduction de catégorie 1A ou 1B. Ces règles spécifiques sont explicitées dans la circulaire DRT n 12 du 24 mai Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé, dès 1990, les fumées de soudage dans le groupe 2B, cancérogène possible pour l homme. Plusieurs polluants gazeux et particulaires émis lors de travaux de soudage et de coupage sont également classés cancérogènes par l Union européenne et/ou par le Centre international de recherche sur le cancer (voir figure 6 page suivante). Ces classifications permettent de connaître le «degré» de cancérogénicité d un agent répertorié : cancérogène avéré, cancérogène supposé, cancérogène suspecté, etc. (voir annexe). Elles sont néanmoins loin d être exhaustives. Le non classement d un agent relève, soit d une situation où l agent ne présente pas de potentialité cancérogène, soit d une lacune de connaissances (qui ne doit pas être interprétée comme une absence de danger). 7
10 Les dispositions spécifiques applicables aux agents cancérogènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction Dans ce cadre, les obligations prioritaires des employeurs sont les suivantes : Évaluation des risques : nature, niveau et durée de l exposition à l agent cancérogène ou mutagène, afin de définir des mesures de prévention et des procédures et méthodes de travail appropriées. Substitution obligatoire de la substance dangereuse par un autre produit ou un autre procédé lorsque c est techniquement possible. Travail en système clos lorsque c est techniquement possible et qu une substitution n a pu être mise en place. Captage des polluants à la source lorsque la substitution et le travail en système clos ne sont pas applicables. Limitation du nombre de travailleurs exposés ou susceptibles de l être. Mise en place de mesures de détection précoces, d hygiène et de dispositifs en cas d urgence. Délimitation et balisage des zones à risque, étiquetage des récipients. Formation et information des travailleurs. Suivi médical : surveillance médicale régulière pendant toute la durée de l activité professionnelle, constitution d un dossier médical pour chaque travailleur exposé à un agent cancérogène ou mutagène (comportant un double de la fiche de prévention des expositions à la pénibilité établie par l employeur) et établissement d une fiche d aptitude par le médecin du travail. Les substances ou mélanges classés cancérogènes de catégorie 2 (cancérogènes suspectés) ne sont pas visés par ces dispositions ; il convient alors d appliquer les dispositions générales relatives à la prévention du risque chimique en milieu de travail (articles R à R ) Les valeurs limites d exposition professionnelle Des niveaux de concentration dans l atmosphère de travail à ne pas dépasser ou valeurs limites d exposition professionnelle (VLEP) sont fixés par le ministère chargé du Travail afin de préserver la santé des travailleurs (quelques valeurs sont également recommandées par la Caisse nationale de l assurance maladie des travailleurs salariés, CNAMTS) [6]. Les valeurs limites d exposition professionnelle désignent les seuils de concentration qui ne doivent jamais être dépassés dans l air inhalé par un travailleur. Elles découlent des données scientifiques actuelles dont disposent les spécialistes sur la toxicité des polluants ; elle vise à limiter l empoussièrement dans les ambiances de travail. En raison de l évolution incessante de l état des connaissances scientifiques, elles ne sauraient constituer une garantie de ne pas développer une pathologie. Ces valeurs limites d exposition professionnelle sont donc un objectif minimal, il convient de choisir les pratiques et les équipements (notamment les installations de ventilation) visant à abaisser les niveaux d exposition à des valeurs aussi basses que possible [1], [2]. Certaines valeurs limites d exposition professionnelle sont réglementaires contraignantes. Elles sont fixées par décret en Conseil d Etat et intégrées aux articles R et R du Code du travail : poussières réputées sans effet spécifique, amiante, plomb, quartz, etc. Pour quelque 400 autres agents chimiques, elles sont indicatives mais doivent être considérées comme des objectifs minimaux pour la prévention. S il n existe pas de valeur limite pour un polluant donné, la réglementation prévoit de se référer à la VLEP réglementaire contraignante définie pour les poussières réputées sans effet spécifique : les concentrations moyennes en poussières totales et alvéolaires de l atmosphère inhalée par un salarié, évaluées sur une période de 8 heures, ne doivent ainsi pas dépasser respectivement 10 et 5 mg/m 3. Figure 6. La classification des principaux agents cancérogènes rencontrés lors des activités de soudage et des techniques connexes Agents cancérogènes Union européenne CIRC Béryllium 1B 2A Cadmium 1B 1 Chrome VI 1A 1 Cobalt 2B Dioxyde de 2B titane Formaldéhyde Nickel 2 2B Certains 1A composés du nickel : oxyde de nickel, dioxyde de nickel, etc. Pentoxyde de 2B vanadium Plomb 2 (composés du plomb) 2B (métal) 2A (dérivés inorganiques) Rayonnements ionisants alpha (thorium) 1 2. En France, les travaux exposant au formaldéhyde sont également soumis aux règles particulières de prévention des risques d exposition aux agents cancérogènes, mutagènes et toxiques pour la reproduction de catégorie 1A ou 1B depuis le 1 er janvier 2007 (arrêté du 5 janvier 1993 modifié par l arrêté du 13 juillet 2006). 8
11 En France, la valeur limite d exposition professionnelle sur huit heures pour la totalité des particules composant les fumées de soudage est de 5 mg/m 3. Les valeurs limites d exposition professionnelle de chaque constituant des fumées doivent également être respectées (voir figure 7). Figure 7. Les valeurs limites d exposition professionnelle des principaux polluants rencontrés lors de travaux de soudage et des techniques connexes (valeurs limites d exposition mesurées sur une durée maximale de 8 heures / valeurs limites d exposition à court terme mesurées sur une durée maximale de 15 minutes) Polluants VLEP (mg/m 3 ) Aluminium (fumées de soudage) 5 Aluminium (Al 2 O 3 ) 10 Azote (dioxyde) 6 Azote (monoxyde) 30 Baryum (composés solubles) 0,5 Béryllium (et composés) 0,002 Cadmium (oxyde) 0,05 Chrome VI (composés du) 0,001/0,005 Cuivre (fumées) 0,2 Cyanure d hydrogène 2 / 10 Dioxyde de titane 10 Fer (Fe 2 O 3, fumées) 5 Fluorures 2,5 Manganèse (Mn 3 O 4, fumées) 1 Monoxyde de carbone 55 Nickel (oxyde et trioxyde) 1 Ozone 0,2 / 0,4 Phosgène 0,08 / 0,4 Plomb (métallique et composés) 0,1 Vanadium 0,05 Zinc (oxyde, fumées) Les maladies professionnelles ou à caractère professionnel Les travaux de soudage, de coupage, de projection thermique, etc. peuvent être à l origine de maladies professionnelles ou de maladies à caractère professionnel [7]. Certains tableaux de maladies professionnelles mentionnent explicitement les travaux de soudage, coupage et techniques connexes : n 1 Affections dues au plomb et à ses composés, résultant en particulier du soudage sur support recouvert de peintures contenant du plomb, n 61 Maladies professionnelles provoquées par le cadmium et ses composés, résultant en particulier du soudage sur pièces cadmiées. D autres tableaux de maladies professionnelles ne mentionnent pas explicitement les travaux de soudage, coupage et techniques connexes, mais peuvent les concerner notamment : n 6 Affections provoquées par les rayonnements ionisants, n 10, 10 bis et 10 ter Affections provoquées par l acide chromique et certains composés du chrome, n 32 Affections professionnelles provoquées par le fluor, l acide fluorhydrique et ses sels minéraux, n 33 Maladies professionnelles dues au béryllium et à ses composés, n 37 Affections cutanées causées par les oxydes et sels de nickel, n 39 Maladies professionnelles engendrées par le bioxyde de manganèse, n 44 Affections consécutives à l inhalation de poussières ou de fumées contenant des particules de fer ou d oxyde de fer, n 64 Intoxication professionnelle par l oxyde de carbone, n 65 Lésions eczématiformes de mécanisme allergique (colophane), n 66 Rhinite et asthme professionnels (travaux exposant à la colophane chauffée, notamment lors des travaux de brasage en électronique). 9
12 3 Effets des fumées sur la santé Les fumées générées par les procédés de soudage et les techniques connexes peuvent causer des pathologies respiratoires multiples et variées : elles peuvent induire des effets respiratoires aigus (irritations des voies aériennes, fièvre des métaux, etc.), des effets respiratoires chroniques (pneumoconioses, asthmes, bronchites, etc.) et des effets cancérogènes (cancers bronchopulmonaires). Les effets potentiels sur la santé des principaux polluants émis lors du soudage et des techniques connexes sont répertoriés dans la figure 8. Les fumées de soudage et des techniques connexes peuvent également provoquer des affections au niveau du rein et du système nerveux central Les polluants gazeux Le monoxyde de carbone Le monoxyde de carbone (CO) se présente sous la forme d un gaz incolore, inodore et de densité voisine de celle de l air. Il est absorbé par les poumons et diffuse à travers les membranes alévolo-capillaires [8]. Il traverse également les barrières méningée et placentaire et est toxique pour le fœtus (il est classé toxique pour la reproduction de catégorie 1A). En cas d intoxication suraiguë ou massive, les symptômes sont la paralysie des membres, le coma, les convulsions et évoluent rapidement vers le décès en quelques secondes ou minutes. L intoxication aiguë et subaiguë se manifeste au début par des nausées et vomissements associés souvent à de violentes céphalées puis surviennent de la fatigue, des vertiges ainsi que des troubles de l humeur et du comportement. À 150 ml/m 3 de CO dans la zone respiratoire, des étourdissements, de la fatigue et des maux de tête sont observés. À 700 ml/m 3 surviennent des évanouissements, une augmentation du pouls et du rythme respiratoire, une paralysie respiratoire, voire un arrêt cardiaque puis la mort Les oxydes d azote À température ambiante : le monoxyde d azote (NO) est un gaz incolore, d odeur douceâtre ou piquante, perceptible dès 0,3 ppm, le dioxyde d azote (NO 2 ) est un liquide très volatil jaunebrun ou un gaz rouge-brun, plus lourd que l air, d odeur très irritante, perceptible dès 0,11 ppm. Le monoxyde d azote [9] est moins toxique que le dioxyde d azote. Les oxydes d azote pénètrent dans l organisme essentiellement par inhalation, mais les passages transcutanés et au cours de contacts oculaires sont possibles. Ces gaz sont des irritants puissants des muqueuses, leur principale cible est l appareil respiratoire. Alors que l intoxication suraiguë est généralement mortelle en quelques instants par arrêt cardiorespiratoire, l intoxication aiguë évolue le plus souvent en trois phases : une irritation plus ou moins marquée des voies aériennes supérieures accompagnée de toux, de dyspnée et de Figure 8. Les principaux polluants contenus dans les fumées de soudage et des techniques connexes ainsi que leurs effets potentiels sur la santé Aluminium Antimoine Baryum Chrome Cuivre Fluorures Magnésium Manganèse Molybdène Nickel Plomb Titane Vanadium Zinc Zirconium Irritants Toxiques Allergisants Particulaires (à base de ou d oxydes de) Aluminium Etain Fer Titane Surcharge pulmonaire Cobalt Béryllium Fibrose pulmonaire Polluants Chrome VI Béryllium Cadmium Cobalt Nickel Plomb Titane Vanadium Atteintes bronchopulmonaires Formaldéhyde 3 Dioxyde d azote Ozone Phosgène 3 Diisocyanate de toluylène 3 Colophane Gazeux Cyanure d hydrogène 3 Monoxyde de carbone Monoxyde d azote Potentialité Irritants Toxiques cancérogène 4 Anoxie Formaldéhyde 3 Potentialité cancérogène 3. Gaz générés par les revêtements et contaminants éventuellement présents sur le métal de base (traces de solvant, graisses, etc.). 4. Des particules de thorium peuvent également être générées au cours de l affûtage et du polissage des électrodes en tungstène thorié (procédé TIG). Le thorium est un métal radioactif qui peut induire des cancers. 10
13 nausées et souvent associée à une irritation oculaire. Cette irritation disparaît rapidement dès la fin de l exposition et passe même parfois inaperçue, une phase de récupération plus ou moins asymptomatique, une détresse respiratoire avec toux, dyspnée et fièvre en rapport avec un œdème aigu du poumon. Si l évolution n est pas fatale, l épisode aigu peut évoluer vers la guérison ou, si les lésions sont importantes, engendrer des séquelles fonctionnelles (fibrose ou emphysème). L exposition prolongée à de faibles concentrations (0,5 à 3,5 ppm) semble favoriser le développement d infections pulmonaires (emphysème) L ozone L ozone (O 3 ) est un gaz incolore ou de couleur bleutée lorsqu il est en concentration suffisante. Son odeur piquante est caractéristique et décelable dès 0,01 ppm mais avec une accoutumance rapide. Par ailleurs, la présence associée d oxydes d azote supprime sa perception. L appareil respiratoire est la principale cible de l ozone mais des atteintes extrapulmonaires peuvent également survenir [10]. Une exposition aiguë induit : des atteintes respiratoires qui varient en fonction des concentrations : de la simple anesthésie olfactive transitoire (dès 0,01 ppm) à des lésions pulmonaires sévères (œdème aigu du poumon vers 9 ppm) en passant par une sécheresse buccale, de la toux, une anomalie du rythme respiratoire, une dyspnée plus ou moins intense, etc., des atteintes oculaires, principalement des irritations, des atteintes rénales, et notamment des néphrites aiguës, des atteintes neurologiques (entre 1 et 2 ppm) : céphalées, vertiges, asthénie, troubles de la coordination des mouvements et de la parole, baisse de la vigilance, etc. Une exposition répétée peut induire des effets pulmonaires graves : bronchopathies, emphysème, fibrose et troubles neurologiques (faiblesse, maux de tête, troubles de la mémoire, etc.) Les gaz issus des revêtements et contaminants Le phosgène (COCl 2 ) est un gaz incolore ou légèrement jaunâtre, plus lourd que l air. Son odeur, détectable dès 0,5 à 1 ppm, douce et mal identifiable à faible concentration (pomme pourrie, foin moisi, etc.), devient piquante et suffocante à forte concentration. Un phénomène de fatigue ou d adaptation olfactive peut intervenir. Le phosgène est très irritant pour les muqueuses oculaires et respiratoires [11]. Il provoque également une forte irritation cutanée. Les intoxications, même à de faibles concentrations, provoquent des effets pulmonaires sévères. Les intoxications évoluent généralement en trois phases : une irritation oculaire et/ou rhinolaryngée accompagnée de toux, et parfois de vomissements et de douleurs gastriques, une rémission pouvant atteindre 36 heures, et éventuellement un œdème pulmonaire. La colophane Lors des travaux de brasage tendre, les opérateurs sont principalement exposés aux produits de dégradation des flux utilisés. Les flux résineux, toujours très employés, sont composés de colophane. Une exposition aux vapeurs de colophane engendre des affections respiratoires de mécanisme allergique type asthme. Des eczémas et des dermites de contact allergiques ont également été rapportés. La symptomatologie asthmatiforme débute en moyenne plusieurs années après le début de l exposition, mais le délai de sensibilisation est largement fonction de l exposition et varie de quelques semaines à plus de vingt ans. Certaines intoxications sont mortelles, d autres peuvent laisser des séquelles pulmonaires invalidantes. Les conséquences d une exposition chronique au phosgène sont encore mal connues. Le cyanure d hydrogène (HCN) se présente sous la forme d un gaz incolore d odeur caractéristique d amande amère, détectable dès 0,58 ppm. L exposition aiguë au cyanure d hydrogène peut revêtir trois formes cliniques [12] : une forme foudroyante (200 à 400 ppm) dont les effets sont immédiats : la mort survient en quelques minutes, une forme aiguë qui se caractérise par une perte de connaissance brutale, parfois précédée de céphalées, de vertiges, d ébriété, d une angoisse intense et de convulsions. L évolution se fait rapidement vers un coma profond associé à une cyanose, parfois à un œdème aigu pulmonaire puis un arrêt cardiorespiratoire, une forme légère qui se résume à de l anxiété et de l angoisse, à quelques sensations vertigineuses avec ébriété, hébétude, état confusionnel, voire à une discrète gêne respiratoire. Une exposition répétée au cyanure d hydrogène induit divers troubles généraux (céphalées, vertiges, perte de poids, etc.), digestifs (nausées, vomissements, etc.), oculaires (conjonctivites), sensoriels et endocriniens. Le formaldéhyde (HCHO) est un gaz incolore, d odeur piquante et suffocante. Il est irritant pour les muqueuses oculaires et les voies respiratoires [13]. Il est également un puissant allergène et peut être responsable de sensibilisations cutanées (eczéma, urticaire, etc.) et respiratoires (rhinite, asthme, etc.), voire d un choc anaphylactique. Il est suspecté d induire des cancers nasopharyngés et des leucémies (il est classé cancérogène de catégorie 2 par l Union européenne et 1 par le CIRC, les travaux exposant au formaldéhyde sont également classés cancérogènes en France). 11
14 Le diisocyanate de toluylène (TDI) présente une odeur piquante et pénétrante, il est détectable aux alentours de 1 ppm. Une exposition brève et massive induit des irritations parfois sévères des muqueuses oculaires (conjonctivite, kératite), des voies aériennes supérieures (rhinite, pharyngite) et parfois digestives [14]. Des douleurs thoraciques, une toux ainsi que des vertiges, des céphalées et des troubles de conscience et de l équilibre sont également observés. Dans les cas les plus graves, un œdème pulmonaire lésionnel peut survenir. Une exposition répétée à des concentrations faibles peut être à l origine d une sensibilisation, provoquant des maladies allergiques respiratoires et cutanées : eczéma, asthme, etc. Des bronchopneumopathies chroniques obstructives ont également été rapportées Les polluants particulaires Les polluants particulaires toxiques, irritants ou allergisants Les oxydes de fer (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 ) Une exposition régulière et prolongée (10 à 15 ans) à des oxydes de fer, dans un environnement où la ventilation est notamment insuffisante, peut générer une surcharge pulmonaire qui est susceptible d induire une pneumoconiose nommée sidérose. La sidérose du soudeur à l arc a été décrite pour la première fois en 1936 [15]. La sidérose pulmonaire pure est la plus souvent observée chez le soudeur. Il s agit d une pneumoconiose de surcharge simple, bénigne, c est-à-dire dans laquelle il n existe aucune atteinte fonctionnelle respiratoire. Généralement, la sidérose pulmonaire pure a une évolution favorable à l arrêt de l exposition. Mais quelques cas de sidéroses avec fibrose pulmonaire (sidéroscléroses) ont également été rapportés chez les soudeurs. Dans ces atteintes, il existe une symptomatologie clinique (toux, expectoration muqueuse ou mucopurulente, parfois douleurs thoraciques et dyspnée d effort) et des modifications des épreuves fonctionnelles. L évolution peut se faire vers une insuffisance cardiaque droite. L oxyde d aluminium (Al 2 O 3 ) Une exposition à l oxyde d aluminium notamment lors de travaux de soudage à l arc réalisés sur de l aluminium peut provoquer une surcharge pulmonaire qui est susceptible d induire une pneumoconiose nommée aluminose. La survenue de cette pathologie est davantage liée à l intensité qu à la durée de l exposition. L évolution de l aluminose cesse en même temps que l exposition mais les lésions demeurent. Des irritations des voies respiratoires ont également été rapportées. De même, l inhalation d oxyde d aluminium peut affecter la mémoire et les fonctions supérieures du système nerveux qui commandent la vigilance. L oxyde d étain (SnO 2 ) Une exposition à l oxyde d étain peut induire des effets irritatifs locaux aux niveaux des yeux et des voies respiratoires : conjonctivite, rhinite, dyspnée, etc. À long terme, une surcharge pulmonaire à l origine éventuelle d une pneumoconiose nommée stannose peut être observée. Les oxydes de manganèse (MnO, MnO 2, Mn 2 O 3, Mn 3 O 4 ) Une exposition aiguë par inhalation à des poussières ou des fumées d oxydes de manganèse induit une irritation intense avec alvéolite caustique (dyspnée, toux, cyanose) [16]. Les signes d une intoxication chronique aux oxydes de manganèse apparaissent après plusieurs mois ou années d exposition. Les troubles provoqués sont essentiellement nerveux (manganisme chronique) et respiratoires (pneumonie manganique). Trois phases peuvent être distinguées dans l apparition des troubles nerveux : une phase d installation insidieuse et progressive avec une symptomatologie peu précise : anorexie, asthénie, trouble du sommeil, céphalées, etc., une phase clinique précoce marquée par des troubles psychiques, neurologiques et moteurs : irritabilité, troubles de la parole et de la démarche, apathie, etc., une phase d état : démarche hésitante et spasmodique, incoordination motrice, tremblements, incertitude d écriture, etc. L arrêt de l exposition peu après l apparition des signes neurologiques (deuxième phase) induit la régression de nombreux symptômes. En revanche, si l exposition ne cesse qu à la phase d état, les lésions cérébrales sont irréversibles. Les troubles respiratoires incluent une inflammation alvéolaire aiguë avec une dyspnée intense, une toux et une cyanose importante. L atteinte respiratoire est totale. L évolution vers une détresse respiratoire est possible et la mort peut survenir dans un état de collapsus. Il n y a pas d altération permanente du poumon type fibrose. Une incidence plus élevée de bronchites aiguës et de maladies pulmonaires chroniques non spécifiques a été rapportée. Les flurorures (NaF, CaF 2, KF, etc.) Une exposition aiguë aux fluorures par inhalation provoque une irritation de tout le tractus respiratoire : saignement du nez, gêne respiratoire, toux, voire œdème du poumon (à des concentrations très élevées) [17]. Sur la peau, les fluorures provoquent de graves irritations dont les signes peuvent survenir de façon retardée. Ils peuvent également être à l origine d importantes lésions oculaires. La fluorose osseuse est la conséquence la plus grave d une intoxication chronique (cette pathologie a été presque exclusivement observée dans l industrie de l aluminium). Elle se caractérise par une condensation ligamentaire et osseuse. 12
15 Parmi les autres symptômes imputés aux fluorures, des troubles respiratoires (dyspnée paroxystique allergique) et des atteintes chroniques des bronches ont été rapportés. Les oxydes de cuivre et de zinc (CuO et ZnO) Une exposition aux oxydes de cuivre et de zinc [18] peut provoquer «la fièvre des métaux». Les symptômes apparaissent dans les heures qui suivent l exposition : une fièvre élevée, des frissons, des myalgies, une irritation des voies aériennes supérieures, une toux et une oppression thoracique. L évolution est favorable en 24 à 48 heures, mais les symptômes peuvent réapparaître après une nouvelle exposition. Parfois, un phénomène de tolérance survient, les symptômes s atténuent alors que l exposition persiste mais peuvent réapparaître après un arrêt plus ou moins prolongé de l exposition. Les composés du baryum (BaO 3, BaF 2 ) Les composés du baryum présents dans les fumées de soudage sont principalement des composés solubles dans l eau ou en milieu acide. Les symptômes d une intoxication aiguë aux composés du baryum par inhalation sont similaires à ceux par ingestion [19] : troubles digestifs, nausées, vomissements et asthénie. Peuvent également survenir des crampes, des contractures musculaires, une paralysie progressive des quatre membres et des voies aériennes supérieures, des troubles cardiovasculaires, etc. Les études menées sur des populations professionnelles exposées de manière chronique sont relativement rares ou anciennes. Les oxydes de molybdène (MoO) et de magnésium (MgO) Une exposition à l oxyde de molybdène et à l oxyde de magnésium peut générer une irritation des muqueuses et, notamment, des muqueuses nasales ainsi que des conjonctivites. L inhalation d oxyde de magnésium peut également jouer un rôle dans la survenue de «la fièvre des métaux» Les polluants particulaires cancérogènes Les composés du chrome hexavalent (chrome VI) Une exposition aiguë aux composés du chrome hexavalent peut induire une irritation des muqueuses respiratoires, notamment de la muqueuse nasale, mais aussi une irritation pulmonaire entraînant des douleurs thoraciques, une toux, une dyspnée et une cyanose. Les niveaux précis d exposition engendrant ces effets ne sont pas déterminés [20], [21]. Par contact avec la peau, les composés du chrome VI peuvent provoquer des brûlures sévères. L atteinte oculaire se traduit habituellement par des conjonctivites, mais les projections de poussières peuvent également entraîner des lésions sévères de la cornée (œdème, opacification). L inhalation chronique et le contact répété avec la peau de composés du chrome VI induisent des pathologies connues depuis longtemps. Au niveau des voies respiratoires, des atrophies, des ulcérations de la muqueuse nasale sont fréquentes, surtout en cas d hygiène personnelle insuffisante avec apport du chrome au niveau du nez par les doigts. Elles aboutissent souvent à des perforations de la cloison nasale. Des rhinites chroniques avec saignement de nez, des laryngites et des pharyngites mais aussi des ulcérations bronchiques et des bronchites persistantes sont également observées. Au niveau cutané, des ulcérations caractéristiques peu étendues mais profondes peuvent survenir ; leur guérison est lente et laisse souvent des cicatrices rétractiles. Des dermites eczématiformes sont également rapportées. Il est possible enfin de rencontrer des effets digestifs (œsophagites, gastro-entérites, ulcères gastroduodénaux). Plusieurs études épidémiologiques démontrent un risque accru de cancer pulmonaire, notamment chez les ouvriers de l électrolyse et de la production de chromates et de pigments à base de chromates. Les oxydes de nickel (NiO, NiO 2, Ni 2 O 3 ) Plusieurs intoxications aiguës aux oxydes de nickel par inhalation ont été rapportées, dont certaines ont engendré des détresses respiratoires sévères qui se sont avérées mortelles. Les effets chroniques respiratoires des oxydes de nickel ont été largement étudiés, certains travaux montrent ainsi un excès de bronchites chroniques ou de perturbations des fonctions respiratoires [22]. Plusieurs études montrent une augmentation du risque de cancer du poumon ainsi que des cavités nasales chez des sujets exposés aux oxydes de nickel. Les temps de latence sont longs : 10 à 20 ans pour le cancer du poumon et 25 à 35 ans (voire plus) pour le cancer des cavités nasales. Il n y a actuellement pas de données chez l homme sur la toxicité éventuelle des oxydes de nickel sur la reproduction. L oxyde de cadmium (CdO) Une intoxication aiguë par inhalation peut passer inaperçue (pas d odeur marquée, ni d effet irritant immédiat). Après une période asymptomatique de plusieurs heures, apparaissent des signes d irritation intense des voies respiratoires (toux, douleurs thoraciques, etc.), des signes digestifs (nausées, vomissements) accompagnés de frissons, de céphalées, de fièvre, etc. Le tableau peut s aggraver rapidement vers un œdème aigu pulmonaire sévère susceptible de causer la mort [23], [24]. Le cadmium est un toxique cumulatif : son élimination très lente explique l évolution progressive des manifestations pathologiques, même après l arrêt de l exposition. Les principaux organes atteints sont les reins, les poumons et le tissu osseux. Le rein est ainsi l organe le plus sensible aux oxydes de cadmium chez l homme. 13
16 Une exposition chronique à l oxyde de cadmium par inhalation peut être à l origine de rhinite, de laryngite, d hyposmie, de bronchite chronique et d emphysème. Les enquêtes épidémiologiques ont mis en évidence une augmentation significative de la mortalité par maladies respiratoires chez les travailleurs exposés de façon répétée à des fumées présentant de très fortes concentrations. Au niveau osseux, l oxyde de cadmium peut induire une déminéralisation diffuse du squelette et des douleurs du bassin et des membres inférieurs. Plusieurs travaux indiquent une augmentation de la mortalité par cancer bronchique et prostatique chez les travailleurs exposés au cadmium et à l oxyde de cadmium. L oxyde de béryllium (BeO) Le béryllium est très toxique chez l homme [25]. Les intoxications aiguës ou subaiguës se caractérisent par les troubles respiratoires suivants : irritations rhinopharyngées, avec rhinite, larmoiement, toux sèche avec sensation de brûlure, etc. qui peuvent régresser rapidement après la cessation de l exposition, bronchopneumopathie aiguë, avec dyspnée importante, toux, fièvre modérée et asthénie. L évolution est généralement favorable en trois à quatre mois mais des complications sont possibles (œdème aigu ou fibrose pulmonaires) ; des cas mortels ont été signalés. Une pneumopathie chronique «retardée» («bérylliose») accompagnée parfois de signes cutanés et de manifestations rénales peut être provoquée par une exposition prolongée à des concentrations faibles d oxyde de béryllium. Les signes apparaissent progressivement. Des complications peuvent survenir : défaillance cardiaque, pneumothorax spontané, etc. L évolution peut se terminer par un syndrome gravissime d insuffisance cardiorespiratoire. Une augmentation des tumeurs pulmonaires a également été rapportée. L oxyde de cobalt (CoO) Une exposition aiguë peut induire un syndrome irritatif respiratoire (toux sèche, dyspnée, éternuements et conjonctivite). Ces manifestations disparaissent à l arrêt de l exposition [26]. Pour des expositions de quelques mois à plusieurs dizaines d années, des cas de rhinites et d asthmes ont été rapportés, ainsi que des alvéolites et des fibroses. Plusieurs études montrent une augmentation de la mortalité par cancer bronchopulmonaire, néanmoins les salariés n étaient pas uniquement exposés au cobalt mais à un mélange cobalt, carbures métalliques frittés, voire d autres composés. L oxyde de plomb (PbO) L inhalation massive de fumées contenant de l oxyde de plomb se manifeste par des troubles digestifs, essentiellement œsophagite et gastrite, entraînant des vomissements, des douleurs abdominales, des diarrhées, des troubles rénaux, etc. [27]. La gravité de cette intoxication est liée aux effets neurologiques qui associent une encéphalopathie, des signes d hypertension intracrânienne et parfois un coma convulsif. Les intoxications aiguës et subaiguës peuvent également induire un dysfonctionnement ovulaire, des avortements, une prématurité ainsi qu une augmentation de la mortalité et de la morbidité postnatales. Une exposition chronique peut provoquer une anémie, des troubles de l appareil digestif (nausées, vomissements, «coliques au plomb», etc.), une altération des fonctions cognitives, ainsi qu une néphropathie tubulaire interstitielle. Les principales pathologies qui peuvent être rencontrées chez les salariés amenés à effectuer des travaux de soudage, de coupage, de brasage, etc. Pathologies aiguës Pathologies chroniques Œdème pulmonaire Fièvre des métaux Asthme Pneumonie toxique Pneumoconiose Bronchite chronique Atteinte du système nerveux central Atteinte rénale Cancer bronchopulmonaire* Polluants Ozone, oxyde d azote, phosgène Oxydes de zinc, de cuivre et de magnésium Colophane, diisocyanate de toluylène, formaldéhyde Oxydes de manganèse, oxyde de cadmium, oxyde de béryllium Oxydes de fer, oxyde d aluminium, oxyde d étain, oxyde de béryllium Oxydes d azote, ozone, composés du chrome VI, oxydes de nickel, oxydes de manganèse, oxyde de cadmium Oxyde d aluminium, oxydes de manganèse Oxyde de cadmium, oxyde de plomb, dioxyde de thorium Oxydes de nickel, composés du chrome VI, oxyde de cadmium, oxyde de béryllium *La survenue de cancers bronchopulmonaires chez les soudeurs reste discutée. Plusieurs études et méta-analyses retrouvent un risque relatif de cancer du poumon de 1,3 environ chez les soudeurs. Deux facteurs de confusion ont été fréquemment évoqués pour expliquer cet excès de cancer du poumon : le tabagisme et l amiante. 14
17 Les études épidémiologiques ne montrent pas d augmentation significative du risque cancérogène. Toutefois une méta-analyse récente de ces études révèle un faible accroissement de l incidence de certains cancers (poumons et estomac et, de façon plus douteuse, vessie) chez des sujets fortement exposés. Le dioxyde de titane (TiO 2 ) Une exposition au dioxyde de titane peut générer une irritation des voies respiratoires et une surcharge pulmonaire qui est susceptible de provoquer une pneumoconiose. Le dioxyde de titane est par ailleurs suspecté d induire des cancers pulmonaires, comme l ont montré des études récentes menées chez l animal. À ce jour, les études effectuées chez l homme n évoquent pas de lien entre l exposition professionnelle au dioxyde de titane et l augmentation du risque de cancer. Le pentoxyde de vanadium (V 2 O 5 ) Les effets d une exposition aiguë au pentoxyde de vanadium par inhalation sont dose-dépendants et de gravité croissante. Les symptômes sont une rhinite et une irritation de la gorge lors d une exposition aiguë légère, auxquels s ajoutent une dyspnée et des effets sur le tractus gastrointestinal et la peau lors d une exposition aiguë modérée. Des effets pulmonaires, cardiaques et du système nerveux peuvent également survenir lors d une exposition aiguë sévère. Une exposition chronique peut provoquer des effets locaux type irritation des voies respiratoires et de la muqueuse oculaire ainsi qu une bronchite et de l emphysème pulmonaire. Une augmentation de l incidence des cancers bronchoalvéolaires a été rapportée chez l animal exposé au pentoxyde de vanadium. 4 Polluants émis selon les procédés et les matériaux [32] La composition chimique et le débit d émission des fumées dépendent du procédé et des matériaux mis en œuvre. Les fumées sont ainsi composées d un mélange de polluants gazeux et particulaires de nature chimique et de toxicité diverses et variées. Les émissions de fumées sont généralement moins importantes lors du soudage que lors du coupage ou de la projection thermique Le soudage Le soudage à la flamme (soudage oxyacétylénique) Lors du soudage oxyacétylénique [29] d aciers non alliés ou faiblement alliés, il se forme principalement, comme lors de la mise en œuvre d autres procédés autogènes, des oxydes d azote, et notamment du dioxyde d azote (voir figure 9). La concentration en dioxyde d azote dans l atmosphère des lieux de travail croît avec la longueur de la flamme, et donc avec la taille de la torche de soudage ainsi qu avec la distance laissée entre la buse et la pièce. Elle peut être jusqu à dix fois plus élevée dans le cas d une flamme brûlant librement que dans le cas d une flamme de 15 mm de longueur. Cette concentration peut également s avérer très élevée dans un espace confiné, voire dans un atelier exigu, peu ou pas ventilé. Lors du soudage oxyacétylénique, le débit d émission en oxydes d azote peut atteindre 40 mg/s. Seul le soudage de métaux non ferreux (plomb, cuivre, etc.) ou de pièces dont les revêtements sont constitués de ces métaux peut induire l émission de polluants particulaires. Le dioxyde de thorium (ThO 2 ) L exposition à cet élément radioactif se fait principalement par inhalation (voire par ingestion) lors de l affûtage et du polissage des électrodes en tungstène thorié (procédé TIG). Une partie est alors excrétée par les urines et les fèces. Le reste est stocké dans les os, les poumons, les ganglions, le foie et les reins [28]. Plusieurs études montrent une augmentation significative du risque cancérogène lors d expositions professionnelles au dioxyde de thorium. Une exposition prolongée et répétée par inhalation peut ainsi provoquer la survenue d un angiosarcome hépatique, d un lymphome ou d un sarcome osseux. Le pouvoir cancérogène du dioxyde de thorium résulte essentiellement de l émission de particules alpha par contamination radioactive interne et de sa rémanence pendant plusieurs années dans les organes précités. Gaël Kerbaol/INRS Figure 9. Opération de soudage à la flamme 15
18 Le soudage manuel à l arc avec électrodes enrobées Le soudage manuel à l arc avec électrodes enrobées [30] est le procédé qui génère le plus de fumées par rapport à la quantité de métal d apport déposé (voir figure 10). Acier non allié ou faiblement allié (teneur en éléments d alliage inférieure à 5 %) Le soudage manuel à l arc avec des électrodes enrobées en acier non aillé ou faiblement allié génère des quantités importantes de polluants particulaires (par rapport, par exemple, au soudage oxyacétylénique). La composition chimique des fumées reflète celle de l âme et de l enrobage de l électrode. Les principaux constituants des fumées sont l oxyde de fer (Fe 2 O 3 ), le dioxyde de silicium (SiO 2 ), l oxyde de potassium (K 2 O), l oxyde de manganèse (MnO), l oxyde de sodium (Na 2 O), le dioxyde de titane (TiO 2 ) et l oxyde d aluminium (Al 2 O 3 ). Ces polluants sont présents en pourcentage variable selon le type d enrobage (acide, rutile, basique, cellulosique) de l électrode. Les fumées générées lors de l utilisation d électrodes à enrobage basique contiennent, en outre, de l oxyde de calcium (CaO) et des fluorures (voir figure 11). Les fumées produites lors de l utilisation d électrodes à enrobage acide contiennent jusqu à 10 % d oxyde de manganèse, qui peut ainsi devenir l un des composants principaux des fumées. Dans le cas d électrodes spéciales contenant du cuivre, de l oxyde de cuivre peut également être présent dans les fumées. Lors du soudage manuel à l arc avec électrodes enrobées en acier non allié ou faiblement allié, le débit d émission des fumées varie de 4 à 18 mg/s. Acier chrome-nickel (teneur en chrome inférieure ou égale à 20 % et teneur en nickel inférieure ou égale à 30 %) Les électrodes enrobées en acier fortement allié contiennent, en plus du fer et des produits d enrobage, jusqu à 20 % de chrome et jusqu à 30 % de nickel. Lors du soudage manuel à l arc avec des électrodes enrobées en acier fortement allié, il se forme des fumées pouvant contenir jusqu à 16 % de composés du chrome. Il s agit en majorité de chrome VI sous forme de chromates, agent classé cancérogène de catégorie 1A par l Union européenne (jusqu à 90 %). L oxyde de nickel est nettement sous-représenté (de 1 % jusqu à, exceptionnellement, 3 %). Les fumées des électrodes à enrobage basique contiennent par ailleurs nettement plus de chrome VI que les fumées des électrodes à enrobage rutile. Lors du soudage manuel à l arc avec des électrodes enrobées en acier fortement allié, le débit d émission des fumées se situe entre 2 et 22 mg/s. Gaël Kerbaol/INRS Figure 10. Opération de soudage à l arc avec électrodes enrobées Nickel, alliages de nickel (teneur en nickel supérieure à 30 %) Lors du soudage manuel à l arc avec des électrodes enrobées en nickel ou à base de nickel, les fumées contiennent principalement de l oxyde de nickel, 5 % au maximum (les Polluants Type d enrobage acide rutile basique cellulosique Na 2 O Al 2 O SiO K 2 O CaO TiO 2 < ,5 MnO Fe 2 O F Figure 11. La composition (exprimée en pourcentage) des fumées émises lors du soudage manuel à l arc avec électrodes enrobées en acier non allié ou faiblement allié (selon la norme DIN 1913) Source BGI 593 [32] 16
19 oxydes de nickel sont classés cancérogènes de catégorie 1A par l Union européenne). Outre l oxyde de nickel, les fumées peuvent être composées selon le type d alliage (présence de cuivre, par exemple) d oxyde de cuivre. De l oxyde de cobalt peut également être généré lors du rechargement par soudage réalisé avec des électrodes contenant du cobalt. Lors du soudage manuel à l arc avec des électrodes enrobées en nickel ou à base de nickel, le débit d émission des fumées avoisine 7 mg/s Le soudage à l arc sous protection gazeuse Les procédés sous gaz actif (MAGC 5, MAGM 6 ) donnent lieu à un fort dégagement de polluants particulaires. Les émissions sont proches de celles observées lors du soudage manuel à l arc avec électrodes enrobées. Les techniques sous gaz inerte (MIG 7, TIG 8 ), en revanche, émettent nettement moins de fumées. Selon les produits d apport et les gaz protecteurs utilisés, il se forme des fumées dont la composition varie. Le procédé le plus émissif est le soudage à l arc avec fil fourré, en particulier avec le fil fourré rutile et avec le fil fourré sans protection gazeuse Le soudage sous protection gazeuse MIG et MAG Influence du gaz protecteur utilisé sur les émissions de fumées Le soudage sous gaz actif avec dioxyde de carbone (MAGC) Lors du soudage MAG avec comme gaz protecteur du dioxyde de carbone sur des aciers non ou faiblement alliés, il se forme du monoxyde de carbone. Le monoxyde de carbone résulte de la décomposition thermique du dioxyde de carbone utilisé comme gaz protecteur. Les polluants particulaires émis sont principalement des oxydes de fer. Lors du soudage MAGC d aciers non ou faiblement alliés, les débits d émission sont compris entre : 2 et 12 mg/s pour les fumées de soudage, 2 et 12,5 mg/s pour le monoxyde de carbone. Le soudage sous gaz actif avec mélange de gaz (MAGM) Si le mélange de gaz utilisé lors du soudage MAGM sur aciers non ou faiblement alliés contient du dioxyde de carbone, un dégagement de monoxyde de carbone est attendu. Les polluants particulaires générés sont principalement des oxydes de fer. Lors du soudage MAGM réalisé sur des aciers chromenickel, de l oxyde de nickel et des composés du chrome sont émis. Les fumées de soudage contiennent jusqu à 5. Metal arc active gas welding with CO 2 6. Metal arc active gas welding with mixed gas 7. Metal arc inert gas welding 8. Tungsten inert gas arc welding Serge Morillon/INRS Figure 12. Opération de soudage à l arc sous protection gazeuse 17 % de composés du chrome et jusqu à 5 % d oxyde de nickel, mais les composés du chrome sont, dans ce cas, presque exclusivement du chrome trivalent, considéré comme non cancérogène. Le soudage sous gaz inerte (MIG) Les émissions de fumées sont, dans la plupart des cas, plus faibles lors du soudage MIG que lors du soudage MAG. Lors du soudage MIG sur des matériaux en aluminium, outre le dégagement d oxyde d aluminium, de l ozone est généré, sa formation étant favorisée par les rayonnements ultraviolets et les matériaux fortement réfléchissants. Les concentrations d ozone sont plus élevées dans le cas d alliages aluminium-silicium que dans le cas d aluminium pur, et nettement plus élevées que dans le cas d alliages aluminium-magnésium. Lors du soudage MIG de nickel et d alliages à base de nickel, de l oxyde de nickel est généré. Les débits d émission sont alors compris entre : 2 et 6 mg/s pour les fumées de soudage, jusqu à 5 mg/s pour l oxyde de nickel. Dans le cas du soudage MIG d alliages à base de nickel contenant du cuivre, les émissions de fumées sont plus importantes que dans le cas du soudage MIG d alliages à base de nickel contenant d autres éléments tels que le chrome, le cobalt, le molybdène, etc.. Ces fumées contiennent, outre de l oxyde de nickel, une proportion élevée d oxyde de cuivre. Influence du type d électrode employée sur les émissions de fumées Lors du soudage MAG/MIG avec fil fourré, les dégagements de fumées sont plus importants que lors du soudage MAG/ MIG avec fil plein (voir figure 12). L utilisation de fils fourrés sans gaz protecteur provoque également des émissions de fumées beaucoup plus élevées que l utilisation de fils fourrés sous gaz protecteur. 17
20 Figure 13. Les principaux constituants des fumées émis lors du soudage MAG/MIG en fonction de la nature du matériau d apport Matériaux d'apport Fil fourré basique non allié ou faiblement allié (sous gaz protecteur) Fil fourré fortement allié Fil fourré non allié ou faiblement allié (sans gaz protecteur) Source BGI 593 [32] Principal(aux) constituant(s) des fumées Oxyde de manganèse Composés du chrome VI Oxyde de manganèse Composés du baryum (selon le type de fil fourré) Lors du soudage MAG d aciers non alliés ou faiblement alliés, les débits d émission sont, par exemple, compris entre : 2 et 12 mg/s pour le fil plein, 6 et 54 mg/s pour le fil fourré sous gaz protecteur, jusqu à 97 mg/s pour le fil fourré sans gaz protecteur. La composition des fumées de soudage varie selon la nature du matériau d apport (voir figure 13) Le soudage sous protection gazeuse MAG haute performance Dans ce procédé, la vitesse de dévidage du fil est supérieure à 15 m/min, et le taux de dépôt de matière est supérieur à 8 kg/h. Lorsque le taux de dépôt de matière ou la vitesse de dévidage du fil croît, les émissions de polluants augmentent. Plus l apport de chaleur (d énergie) est élevé dans le procédé, plus les émissions sont importantes. Les énergies mises en œuvre sont plus faibles lors de l utilisation comme matériau d apport d un fil plein que lors de l emploi d une bande ; les émissions sont donc plus élevées dans ce dernier cas. Les émissions croissent avec la tension et avec la vitesse de dévidage du fil. Par conséquence, des émissions plus importantes sont attendues dans le cas des arcs rotatifs, et plus faibles dans le cas des arcs courts (voir figure 14). Les polluants émis lors du soudage sous protection gazeuse MAG haute performance sont identiques à ceux générés lors du soudage MAG Le soudage sous protection gazeuse avec électrode réfractaire (TIG) Lors du soudage TIG (voir figure 15), les émissions de fumées sont relativement faibles, ce qui favorise la formation Gaël Kerbaol/INRS Figure 15. Opération de soudage à l arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire d ozone. Les concentrations d ozone sont particulièrement élevées (quoique plus faibles que dans le soudage MIG) dans le cas du soudage d aluminium pur et, plus encore, d alliages aluminium-silicium. Lors du soudage TIG de nickel et d alliages à base de nickel, de l oxyde de nickel est généré. Lors de l utilisation d électrodes en tungstène thorié, des poussières de thorium peuvent également être émises suite à leur affûtage. Le thorium est un métal radioactif cancérogène. Il convient donc d éviter l emploi de telles électrodes et de les remplacer, si le contexte le permet, par des électrodes en tungstène au lanthane. L utilisation d électrodes en tungstène thorié à usage unique peut également être envisagée Le soudage par résistance Lors du soudage par résistance sur différents matériaux, les fumées émises contiennent principalement des oxydes métalliques. Les débits d émission sont modérés. La présence d huile ou de graisse sur les pièces se traduit par des dégagements de fumées plus importants, comportant par ailleurs des substances organiques. La quantité de fumées générée est ainsi près de 30 % plus élevée dans le cas du soudage de pièces enduites de graisse que dans le cas de pièces non enduites. Le soudage bout à bout par résistance est plus émissif que les autres procédés de soudage par résistance (soudage par points, par exemple). Arc court (tension basse) Arc rotatif (tension élevée) Le soudage laser à gaz CO 2 Vitesse de dévidage du fil [m/min] Figure 14. La vitesse de dévidage du fil en fonction du type d arc Source BGI 593 [32] Le soudage laser sans matériau d apport L énergie intense de la source laser provoque la fusion et la vaporisation du matériau de base. La composition des émissions correspond donc globalement à celle du matériau de base. 18