Operator Health and Safety: Laser Cutting Fumes and Dust

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Substances nocives lors du découpage laser des métaux

Lors du traitement thermique — dans notre cas le découpage laser assisté par gaz — l'air est saturé de gaz dangereux et de poussières très fines provenant des oxydes du métal coupé. La coupe s'accompagne d'étincelles, de projections et de bruit de haute fréquence. Examinons les substances nocives.

Particules fines (poussières)

Le découpage laser des métaux génère beaucoup de poussière. Une partie des particules dépasse 1 µm, mais une classe particulière est constituée par les particules fines (inférieures à 10 µm — PM10). L'homme ne les voit ni ne les sent, mais ce sont précisément elles les plus dangereuses car elles pénètrent profondément dans les voies respiratoires.

Les particules contaminantes se déposent sur les parois des vaisseaux sanguins, les rétrécissant progressivement et ralentissant le flux sanguin. Conséquence : risque accru de thrombose.
Beaucoup de particules fines sont cancérogènes ; leur inhalation régulière peut provoquer un cancer du poumon.
Une inhalation continue produit un effet cumulatif pouvant entraîner des maladies graves : asthme bronchique, BPCO, etc.
La poussière peut déclencher des allergies. Lors des crises : toux sévère, éternuements fréquents, larmoiement, œdèmes, rougeur des yeux.

La poussière nuit non seulement à l'opérateur mais aussi au laser lui-même : elle atténue le faisceau et réduit la précision de coupe.

Aérosols (fumées)

Les aérosols sont de l'air ou du gaz contenant des particules solides ou liquides en suspension de moins de 1 µm. On distingue habituellement poussières, fumées et brouillards. Poussières et fumées sont des systèmes d'air ou de gaz avec particules solides en suspension ; les brouillards, avec particules liquides.

Dans notre cas, ce sont les aérosols de condensation qui sont dangereux : ils se forment lors de la coupe, du chauffage et du refroidissement du métal. Des particules microscopiques restent en suspension dans l'air.

Le volume de substances émises dépend de :

la vitesse de coupe ;
la pression du gaz d'assistance ;
le type et la nuance du métal ;
les paramètres de coupe.

Les aciers doux émettent bien moins que les matériaux contenant CrNi (chrome-nickel) ou que les tôles galvanisées. Lors de la coupe des aciers alliés et des métaux non ferreux, des aérosols de condensation sont libérés dans la zone de travail ; les plus toxiques sont ceux des oxydes de manganèse, zinc, vanadium, nickel et d'autres métaux et de leurs composés.

Le découpage laser produit fumées et poussières dont 97 % des particules ont un diamètre inférieur à 5,7 µm.

Effets des substances émises par la coupe thermique sur l'organisme

Oxydes de chrome. L'inhalation provoque toux, dyspnée, gêne respiratoire, mal de gorge, respiration stertoreuse. Le contact cutané cause rougeurs, brûlures et douleur. Aux yeux : rougeur, douleur, perte permanente de la vision et brûlures profondes. L'ingestion cause des coliques abdominales.
Nickel et ses composés. À fortes concentrations : allergies (dermatite, rhinite, etc.), anémie, hyperexcitabilité des systèmes nerveux central et autonome, néoplasies possibles allant jusqu'au cancer. Pas d'effet irritant cutané direct ; chez les nickeleurs : cas de « gale du nickel » (eczéma au nickel), œdèmes, vésicules, etc.
Oxyde d'aluminium. Aucun effet négatif au contact cutané. Une exposition brève à forte concentration irrite les yeux et les voies respiratoires hautes. Une exposition prolongée ou répétée peut affecter le système nerveux central.
Monoxyde de carbone. L'inhalation provoque maux de tête, vertiges, acouphènes, dyspnée, palpitations, scintillements visuels, rougeur du visage, faiblesse, nausées, vomissements, convulsions, perte de connaissance, coma.
Oxydes d'azote. Plus agressifs que le monoxyde de carbone. Ils perturbent la fonction pulmonaire et bronchique, le système nerveux, le tube digestif et l'activité cardiaque. Ils provoquent toux, céphalées, sensation de brûlure, nausées, somnolence, confusion mentale, cyanose, convulsions, perte de connaissance.
Oxyde de magnésium. Les vapeurs causent rougeurs, douleur, troubles digestifs, irritation des voies aériennes, céphalées, toux, transpiration, nausées et fièvre (la fièvre des fumées métalliques peut n'apparaître que 4–12 h après l'exposition).

Le découpage thermique des métaux libère de grandes quantités de substances nocives. Certaines affectent l'organisme et, en exposition prolongée, créent un terrain cancérogène. Pour prévenir les maladies, le personnel doit utiliser des EPI (équipements de protection individuelle) et l'atelier doit être équipé d'une ventilation générale et d'une aspiration localisée (LEV / aspiration des fumées).

N'oubliez pas non plus l'influence de la température intérieure, de la vitesse de l'air, de l'humidité relative, des émissions nocives, etc.

Polluants typiques de l'air

poussières d'émission ;
monoxyde de carbone ;
brouillards d'huile ;
fumée ;
produits de décomposition thermique de la matière organique ;
aérosols métalliques ;
oxydes métalliques ;
composés fluorés ;
phénols ;
acides organiques ;
composés organosoufrés ;
odeur âcre, etc.

Gaz lors de la coupe de l'acier inoxydable

Bien que les gaz utilisés pour le découpage laser de l'inox ne soient pas toxiques, ils peuvent être potentiellement dangereux. Les risques associés concernent les fumées et le gaz lui-même.

La quantité de fumée générée lors du coupage à l'oxygène était 100 fois supérieure à celle du coupage à l'azote.
La taille des particules au coupage à l'oxygène est plus faible — majoritairement inférieure à 6 µm, considérée comme la plus problématique d'un point de vue hygiénique.
L'analyse chimique a montré que la teneur en chrome hexavalent — Cr(VI) — cancérogène reconnu — était plus faible lors du coupage à l'azote.
Il existe un danger pour la vie si la concentration en oxygène de l'air ambiant tombe sous 18 %.
En atmosphère enrichie en oxygène, de nombreux matériaux deviennent combustibles.
L'exploitation d'une coupe à l'azote haute pression en espace confiné crée un risque de déplacement de l'oxygène (asphyxie).