Mesures Techniques de Prévention: Guide de Bonnes Pratiques Prévention de l’exposition professionnelle à la silice cristalline alvéolaire lors du rabotage des enrobés routiers

Cette méthode, qui constitue une première étape dans l’évaluation de l’efficacité de captage des dispositifs de ventilation équipant les raboteuses, est mise en œuvre dans un environnement contrôlé, à l’intérieur de locaux, avant les essais de terrain. L’objectif est d’optimiser les mesures de ventilation en utilisant un gaz traceur comme substitut de la silice cristalline alvéolaire. Il s’agit donc d’une approximation des conditions réelles lors du rabotage, et les résultats en conditions réelles peuvent être différents. Cet essai n’évalue pas l’efficacité de filtration des systèmes de ventilation s’ils comportent un système de collecte des poussières.

Des études par gaz traceur ont été réalisées pour quatre constructeurs de raboteuses membres du Partenariat. Les rapports techniques du NIOSH sur ces études peuvent aider les constructeurs de nouveaux modèles de raboteuses d’enrobés dans la conduite des essais par gaz traceur sur leurs engins [NIOSH 2011a, NIOSH 2011b; NIOSH 2012; NIOSH 2013].

• Deux moniteurs de gaz traceur correctement étalonnés
• Raboteuse d’enrobés équipée de systèmes de ventilation conçus pour prévenir l’exposition à la silice cristalline alvéolaire
• Bâtiment présentant une grande ouverture sur l’extérieur (porte basculante)
• Matériaux permettant de boucher l’ouverture, tels que carton, bâches en toile ou en plastique, tasseaux de différentes longueurs et ruban adhésif
• Générateur de fumée
• Conduite en PVC: 5 cm (2 po.), série 40, longueur de 3 m (10 ft.), fermée à une extrémité, percée de trous centrés de 6,4 mm (1/4 po.) de diamètre disposés en ligne tous les 15 cm (6 po.) (conduite de diffusion de fumée)
• Bouteille de gaz traceur avec régulateur de pression à double détente comportant une vanne ouvert/fermé après la deuxième détente
• Bouteille d’air d’étalonnage ou d’azote
• Détecteur de gaz traceur adapté à la mesure du gaz traceur sélectionné
• Tuyaux en polytétrafluoroéthylène (PTFE): diamètre externe de 3,2 mm (1/8 po.), longueur de 4 m (13 ft.)
• Conduite en cuivre: diamètre interne de 12,7 mm (1/2 po.), longueur égale à la largeur du tambour, trous centrés de 0,79 mm (1/32 po.) de diamètre percés sur une ligne droite de 30 cm (12 po.) (rampe de diffusion du gaz traceur)
• Tuyaux en polyéthylène (PE): diamètre externe de 6,4 mm (1/4 po.), longueur de 30 m (100 ft)
• Deux régulateurs de débit massique avec vannes de fermeture et plage adaptée au gaz traceur sélectionné et à l’air d’étalonnage
• Débitmètre à bulle: cylindre gradué de 0,5 L, solution de savon et chronomètre pour mesurer les débits de gaz ; ou débitmètre électronique étalonné
• Tuyau en acier inoxydable: diamètre externe de 6,4 mm (1/4 po.), longueur de 30 cm (12 po.) (sonde de prélèvement), fermé à une extrémité, trous centrés de 1,6 mm (1/16 po.) de diamètre percés sur une ligne droite de 2,5 cm (1 po.) en commençant à 2,5 cm (1 po.) de l’extrémité fermée (le nombre de trous dépend du diamètre du conduit d’évacuation du système de ventilation : un conduit d’évacuation de 20 cm [8 po.] nécessite l’utilisation d’une sonde de prélèvement comportant sept trous de 1,6 mm [1/16 po.] de diamètre).
• Manomètre et tube de Pitot

Les mesures de sécurité suivantes doivent être respectées lors de chaque test:

• Prendre des précautions pour manipuler l’équipement de génération de fumée, qui peut être BRÛLANT.
• S’assurer que le générateur de fumée ne déclenche pas les systèmes d’extinction automatique à eau ou une alarme incendie.
• Éviter d’inhaler directement la fumée provenant du générateur. Elle peut avoir une action irritante sur les voies respiratoires supérieures.
• Transporter, manipuler et stocker toutes les bouteilles de gaz comprimé conformément aux recommandations de sécurité de la Compressed Gas Association (CGA, Association des gaz comprimés) [CGA 2008].
• Pendant l’essai, placer la bouteille de gaz comprimé à l’extérieur ou dans une zone bien ventilée. La température du lieu de stockage ne doit pas dépasser 51°C (125°F).
• Éviter d’inhaler le gaz en cas de dysfonctionnement du détendeur d’une bonbonne de gaz ou de fuite accidentelle. En cas de fuite importante, le gaz peut se substituer à l’air et réduire la teneur en oxygène de l’air ambiant. Quitter la zone et attendre que la pression dans le réservoir soit en équilibre avec celle de l’air ambiant. Ne revenir dans la zone que lorsque la concentration est redevenue inférieure aux valeurs limites en vigueur. Consulter la fiche de données de sécurité (FDS) ou les valeurs limites applicables (PEL de l’OSHA, REL du NIOSH ou TLV de l’ACGIH) pour connaître le niveau de gaz non toxique.

Généralités

Cette méthode permet de tester les systèmes de ventilation mis en place sur les raboteuses d’un mètre de largeur ou plus en vue de limiter l’exposition à la silice cristalline alvéolaire lors du rabotage d’enrobés. Elle ne couvre pas les gaz d’échappement. L’objectif de cet essai est d’optimiser les paramètres de conception en évaluant différents débits de ventilation.

Préparation de la raboteuse:

1. Placer l’engin dans un atelier ou un garage ouvrant sur l’extérieur, en faisant passer les conduits de sortie par une ouverture donnant sur l’extérieur.
2. Boucher les ouvertures du bâtiment à l’aide de carton, de plastique ou d’autres matériaux (cf. figure A), afin d’empêcher le retour du gaz traceur dans le bâtiment.
3. Utiliser du bois, du carton ou d’autres matériaux pour boucher les espaces libres entre le carter du tambour de fraisage et le sol. Ces espaces seraient normalement obstrués par le sol lors du rabotage, car le tambour se trouve sous la surface de la route.
4. La zone entourant la raboteuse, à l’intérieur du bâtiment, doit être suffisamment grande pour que si du gaz traceur s’échappe du carter du tambour, il puisse se dissiper dans le local sans être ré-aspiré dans la zone du carter du tambour.
5. Placer le tambour de fraisage et le convoyeur dans une configuration aussi proche que possible de celle utilisée pendant le rabotage. Le convoyeur secondaire, par exemple, doit être approximativement à la même hauteur et au même angle que lors d’une opération de rabotage classique.
6. Mesurer la vitesse dans le conduit du système de ventilation avant et après les tests au gaz traceur pour chaque débit d’air. On trouvera des informations sur la mesure de la vitesse dans un conduit au chapitre « Testing and Measurement of Ventilation Systems » (Essai et mesure des systèmes de ventilation) du manuel de ventilation industrielle de l’ACGIH : Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Operation and Maintenance [ACGIH 2007]. (en anglais)
7. Pour évaluer les performances du système de ventilation, mettre les convoyeurs en marche et régler le moteur à la vitesse habituelle lors du rabotage. Le tambour de fraisage doit être en rotation pendant les tests au fumigène et au gaz traceur, pour que les écoulements d’air dans le carter du tambour soient aussi proches que possible des conditions réelles.

Figure A. Configuration pour le test de laboratoire par gaz traceur (photo NIOSH)

Test au fumigène

Le test au fumigène est conçu pour s’assurer que l’ouverture sur l’extérieur est convenablement obturée, en vue du test quantitatif au gaz traceur, et pour visualiser les écoulements d’air autour de l’engin et des convoyeurs. Si de la fumée s’échappe au niveau du carter du tambour ou du convoyeur primaire, le débit d’air du système de ventilation doit être augmenté. Si de la fumée rentre dans le bâtiment, il convient d’éliminer toute fuite au niveau du système d’obturation.

Un test au fumigène comporte habituellement les étapes suivantes:

1. S’assurer que la fumée produite ne déclenchera pas une alarme incendie ou un système d’extinction.
2. Placer le conduit de diffusion de fumée de 5 cm de diamètre directement sous le tambour de fraisage, à 5 cm maximum du tambour, et le fixer en position horizontale de telle sorte que les trous soient orientés vers le haut, et le conduit aligné avec l’axe du tambour de fraisage.
3. Dans le cas où des orifices de diffusion de fumée dépassent sur les côtés du tambour, les boucher avec de l’adhésif pour conduit, de telle sorte que la fumée ne se dégage que sous le tambour.
4. Brancher le générateur de fumée sur la conduite de diffusion.
5. Retirer tout élément extérieur de la zone du tambour de fraisage.
6. Le système de ventilation, le tambour et le convoyeur étant en fonctionnement, diffuser de la fumée dans la zone du tambour et vérifier l’absence de fuites autour de l’engin et à travers le système d’obturation destiné à empêcher le retour de fumée de l’extérieur. Inspecter le système de ventilation pour vérifier l’absence de fuites anormales au niveau de tous les raccords.
7. Le tambour et le convoyeur étant en fonctionnement depuis peu, désactiver les mesures de ventilation. Cette étape permet de simuler la situation en l’absence de ventilation, à des fins de comparaison.
8. Désactiver le générateur de fumée et attendre que la fumée se dissipe. S’il est nécessaire d’évacuer rapidement la fumée, mettre en marche une aspiration d’air supplémentaire.
9. Démonter l’équipement utilisé pour le test (ATTENTION ! Le générateur de fumée peut être BRÛLANT).
10. Recommencer ce test si des modifications majeures ont été apportées à l’installation.

Le test par gaz traceur est conçu pour permettre de calculer le débit volumique d’air du système de ventilation mis en place sur la raboteuse et d’évaluer l’efficacité de captage d’un polluant de substitution en conditions contrôlées à l’intérieur des locaux. Un gaz traceur approprié pour les essais de ventilation doit être utilisé comme polluant de substitution. Le débit d’air du système de ventilation doit en outre être mesuré au moyen d’un tube de Pitot, selon la méthode décrite dans l’Industrial Ventilation Manual (Manuel de ventilation industrielle) [ACGIH 2007] (en anglais). Le débit d’air déterminé par les mesures au tube de Pitot doit être comparé aux valeurs calculées par gaz traceur.

Vérifier que le détecteur de gaz traceur a été étalonné conformément aux recommandations du fabricant. Avant de démarrer l’essai, étalonner les régulateurs de débit massique avec un débitmètre à bulle et un chronomètre ou avec un débitmètre électronique étalonné. Laisser débiter le gaz traceur par le régulateur de pression vers les régulateurs de débit massique pour réguler le débit. Connecter le flux à un débitmètre à bulle de savon ou à un débitmètre électronique étalonné pour déterminer le débit réel du gaz traceur [NIOSH 1973].

Test de captage à 100%

L’objectif du test de captage à 100% est d’effectuer une autre mesure du débit d’air du système de ventilation et de déterminer la concentration à laquelle tout le gaz traceur est extrait, afin de calculer l’efficacité de captage. Le test de captage à 100% est réalisé en diffusant du gaz traceur à un débit connu dans le système de ventilation et en mesurant en aval, dans le rejet, en un point où les gaz sont bien mélangés, la concentration du gaz traceur dilué. L’exactitude de l’étalonnage du régulateur de débit massique est fondamentale pour garantir la précision du test. L’émission du gaz traceur à l’intérieur du conduit d’entrée du système de ventilation favorise le captage complet ainsi que le mélange.

Le test de captage à 100% comporte les étapes suivantes:

1. Brancher la bouteille de gaz traceur au point d’émission en utilisant un régulateur de pression, un régulateur de débit massique et autant de tuyaux de 6,4 mm (1/4 po.) que nécessaire pour atteindre la rampe de diffusion du gaz traceur et le point d’injection pour le 100% (C100).
2. Trouver un point de prélèvement dans le conduit, en aval, où le gaz traceur est bien mélangé. En aval du ventilateur, le mélange devrait être satisfaisant. Les conduits de grande longueur, flexibles et raccords de conduits améliorent également le mélange. Si les gaz ne sont pas entièrement mélangés, il peut être nécessaire de prolonger le conduit d’évacuation.
3. Si l’air est bien mélangé, placer un trou de prélèvement de 6,4 mm (1/4 po.) de diamètre dans le conduit à une distance d’au moins trois diamètres de conduit avant la sortie du conduit. Insérer la sonde de prélèvement par cet orifice et orienter les trous de la sonde à l’intérieur du conduit perpendiculairement au sens d’écoulement de l’air. Fixer la sonde avec de l’adhésif. Le tuyau de prélèvement doit raccorder la sonde au détecteur et doit être étanche à l’air pour garantir que l’échantillon prélevé provient de l’intérieur de la conduite et non pas de la zone environnante.
4. Prendre au moins cinq mesures de la concentration de fond avant de démarrer l’injection de gaz traceur. Injecter le gaz traceur et réaliser au moins cinq mesures sur une période de 3 minutes. Utiliser la moyenne de ces mesures de concentration pour calculer le débit de ventilation en appliquant l’équation A-1. Avant de calculer le débit d’extraction d’air (Q_(exh)), soustraire la concentration de fond relevée entre les tests.
   

   avec

   Q_(exh): débit d’air extrait par le système de ventilation (litres/minute ou pieds cubiques/minute) (pour convertir les litres/minute en pieds cubiques/minute, diviser les litres/minute par 28,3),

   Q_(TG): débit de gaz traceur (litres/minute ou pieds cubiques/minute) introduit dans le système,

   C₍₁₀₀₎: concentration moyenne de gaz traceur (parties par million) détectée dans le conduit pendant les cinq tests de captage du gaz traceur à 100%.

5. S’il y a plus d’un conduit de ventilation, recommencer la procédure ci-dessus pour chaque conduit.
6. Après chaque émission de gaz traceur, rincer les tuyaux d’alimentation en gaz traceur avec de l’air d’étalonnage (ou de l’azote) pendant une minute.
7. Laisser suffisamment de temps entre les tests pour que la concentration de fond retombe à moins de 1% de la concentration mesurée dans le test de captage à 100%.

Le test quantitatif d’efficacité de captage, réalisé pour déterminer l’efficacité de captage du système de ventilation, utilise les résultats du test de captage à 100%.

Le test quantitatif d’efficacité de captage comporte les étapes suivantes:

1. Ne pas modifier l’emplacement et l’orientation de la sonde de prélèvement, du tuyau de prélèvement et du détecteur de gaz traceur par rapport au test de captage à 100%.
2. Ne pas modifier les réglages de la bouteille (régulateur de pression, régulateur de débit massique) par rapport au test de captage à 100%.
3. Le tuyau d’injection du gaz traceur doit être retiré de la position 100% et doit être raccordé à la rampe en cuivre de 12,7 mm (1/2 po.) utilisée pour la diffusion du gaz traceur.
4. Placer la rampe de diffusion du gaz traceur sous le tambour de fraisage et orienter les trous de la rampe de diffusion vers le haut, vers l’axe central du tambour de fraisage.
5. Démarrer le moteur de la raboteuse et le régler sur la vitesse (tpm) habituelle pour le rabotage. Démarrer le système de ventilation et commencer à enregistrer la concentration du gaz traceur pour déterminer les niveaux de fond.
6. Pour déterminer la concentration de fond, prendre au moins cinq mesures sur une période de trois minutes.
7. Pour la diffusion du gaz traceur, régler le régulateur de débit massique comme pour le test de captage à 100%. La rampe de diffusion du gaz traceur est conçue pour émettre le gaz traceur de manière homogène sur toute la largeur du tambour de fraisage.
8. Attendre 30 secondes que la concentration de gaz traceur se stabilise puis prendre au moins cinq mesures sur une période de trois minutes et calculer la concentration moyenne. Soustraire la concentration de fond et calculer l’efficacité de captage (η) en appliquant l’équation A-2.

   [texte de remplacement de l’équation] Équation A-2: l’efficacité de captage (en pourcentage) est égale à la concentration mesurée pendant l’émission de gaz traceur dans le carter du tambour divisée par la concentration mesurée quand le gaz traceur est émis directement dans le conduit.

   avec

   η: efficacité de captage (%),

   C_(DRUM): concentration moyenne de gaz traceur (parties par million) détectée dans le conduit quand le gaz traceur est émis dans le carter du tambour,

   C₍₁₀₀₎: concentration moyenne de gaz traceur déterminée dans le test de captage à 100%.

9. Arrêter l’injection de gaz traceur et rincer le système de diffusion du gaz traceur à l’air d’étalonnage (ou à l’azote) pendant une minute.
10. Laisser suffisamment de temps entre les tests pour que le niveau de fond retombe à moins de 1% de la concentration de captage du gaz traceur à 100%.
11. Réaliser au total cinq paires de tests de captage à 100% et de tests d’efficacité de captage et déterminer l’efficacité globale de captage du système de ventilation d’après la moyenne des cinq essais.

Les données relatives au gaz traceur doivent être analysées en vue de déterminer si l’efficacité de captage moyenne est suffisante pour conclure que l’efficacité de captage moyenne réelle dépasse la valeur de 90% avec un degré de confiance de 95%. Les valeurs ainsi établies pour l’efficacité sont considérées dans cette approche comme un échantillon aléatoire de distribution normale. La limite inférieure de l’intervalle de confiance pour l’efficacité réelle est obtenue en utilisant la distribution T de Student [Agresti et Franklin 2009].

Pour cela, calculer la limite inférieure de l’intervalle de confiance à 95% pour l’efficacité de captage moyenne : si la limite inférieure dépasse 90%, on peut être certain que l’efficacité moyenne dépasse 90% avec un degré de confiance de 95%.

Les étapes de l’analyse sont les suivantes :

1. Calculer la moyenne (M) et l’écart-type (S) des n valeurs établies pour l’efficacité, où n est le nombre d’observations indépendantes
2. Calculer les degrés de liberté = n-1 et déterminer le 95^e percentile de la distribution T de Student avec n-1 degrés de liberté (soit t0,95, dl=n-1)
3. Calculer la limite inférieure
   L = M – (S/racine carrée(n))× t(0,95, dl=n-1) (A 3)
4. Si la valeur L est supérieure à 90%, le système satisfait au critère d’efficacité à 90%.

A l’étape 2, le 95^e percentile peut être obtenu en utilisant un tableau publié des valeurs critiques de la distribution T de Student ou en utilisant la fonction « LOI.STUDENT.INVERSE(p,dl) » disponible dans Microsoft EXCEL. Comme la fonction « LOI.STUDENT.INVERSE » renvoie l’inverse bilatéral de la distribution T de Student, la définition des paramètres doit être réalisée avec soin. Le premier paramètre est la somme des probabilités des queues de distribution supérieure et inférieure (donc pour le percentile à 95%, utiliser p=0,05+0,05=0,1) ; le deuxième paramètre est le nombre de degrés de liberté (soit dl=n-1).

Microsoft EXCEL peut être utilisé pour analyser les données relatives au gaz traceur, comme dans l’exemple suivant.

Exemple: supposons que cinq tests sont réalisés et que les valeurs obtenues pour l’efficacité sont 93, 93, 94, 95 et 95 (valeurs hypothétiques utilisées pour expliquer les calculs). On applique l’équation A-3:

1. La moyenne est de 94 et l’écart-type de 1.
2. Le nombre de degrés de liberté est égal à 5-1=4, et la valeur t (obtenue dans Excel avec LOI.STUDENT.INVERSE(0.1,4)) est égale à 2,132.
3. La racine carrée de 5 est 2,236, et la limite inférieure L=94-(1/2,236)×2,132=93,05.
4. Comme L est supérieur à 90%, on peut affirmer que l’efficacité est supérieure à 90% avec un niveau de confiance de 95%.

Le calcul sous Microsoft EXCEL est présenté au tableau A-1 (pour les équations) et au tableau A-2 (pour les résultats).

Tableau A-1. Exemple d’équations sous Microsoft Excel pour la détermination de L

Tableau A-2. Exemple de résultats sous Microsoft Excel pour la détermination de L