* Adapté de la 3e édition de l'Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
L’industrie chimique a pour but de changer la structure chimique des matériaux naturels afin d’en dériver des produits utiles à d’autres industries ou dans la vie de tous les jours. Les produits chimiques sont obtenus à partir de matières premières — principalement des minéraux, métaux et hydrocarbures — au cours d’une série d’étapes de transformation. Un traitement additionnel, tel que le délayage et le mélangeage, est souvent nécessaire pour les convertir en produits finis (par exemple, peintures, adhésifs, médicaments et produits cosmétiques). L’industrie chimique couvre donc un domaine d’activité beaucoup plus large que ce que l’on a coutume d’appeler les «produits chimiques», puisqu’elle inclut également les fibres artificielles, les résines, les savons, les peintures, les films photographiques et les produits chimiques connexes.
Les produits chimiques se divisent en deux classes principales de composés: les organiques et les inorganiques . Les composés organiques ont une structure à base d’atomes de carbone combinés avec de l’hydrogène et d’autres éléments. Le pétrole et le gaz sont actuellement la source de 90% des composés organiques produits et ont, en grande partie, remplacé le charbon ainsi que les matières premières employées précédemment, qu’elles soient d’origine végétale ou animale. Les composés inorganiques sont dérivés principalement de sources minérales, notamment le soufre, qui est extrait à l’état pur ou à partir de minerais, et le chlore, qui provient du sel commun.
On peut diviser, pour schématiser, les produits de l’industrie chimique en trois groupes, qui correspondent aux principales étapes de la fabrication. Les produits de base (organiques et inorganiques) sont normalement fabriqués à grande échelle et convertis en d’autres produits chimiques. Les produits intermédiaires sont dérivés des produits de base. La plupart des produits intermédiaires exigent une transformation supplémentaire de la part de l’industrie chimique, mais certains, comme les solvants, sont employés tels quels. Les produits chimiques finis sont obtenus à des étapes ultérieures. On consomme certains de ces derniers (médicaments, produits cosmétiques, savons) tels quels; d’autres, à l’instar des fibres, des plastiques, des colorants et des pigments, subissent un traitement plus poussé.
On désigne ainsi les principaux secteurs de l’industrie chimique:
Dans la Classification internationale type, par industrie, de toutes les branches d’activité économique (CITI), employée par l’Organisation des Nations Unies (ONU) pour classifier l’activité économique en dix branches principales, l’industrie chimique constitue la catégorie 35, l’une des 9 catégories de la branche principale 3 constituée par les industries manufacturières. La catégorie 35 est subdivisée selon les classes suivantes: industrie chimique (351); fabrication d’autres produits chimiques (352); raffineries de pétrole (353); fabrication de divers dérivés du pétrole et du charbon (par exemple, l’asphalte) (354); l’industrie du caoutchouc (comprenant les pneus) (355) et la fabrication d’ouvrages en matière plastique non classés ailleurs (356) (ONU, 1968).
Chaque pays qui fournit des statistiques sur son industrie chimique utilise habituellement son propre système de classification, ce qui peut entraîner une certaine confusion. La comparaison entre les performances totales respectives des industries chimiques de divers pays ne peut donc pas être basée sur les sources nationales. Cependant, les organismes internationaux comme l’Organisation de coopération et développement économiques (OCDE) et l’ONU fournissent habituellement des données fondées sur la CITI, avec cependant un retard d’environ deux ans. Des statistiques commerciales sont publiées à l’échelle internationale selon la Classification type pour le commerce international (CTCI), qui diffère de la CITI. Les statistiques commerciales par pays se rapportent presque toujours à la section 5 (Produits chimiques et produits connexes) de la CTCI, qui englobe environ 90% des produits chimiques répertoriés dans la CITI.
L’industrie chimique a connu un développement beaucoup plus rapide au cours du dernier demi-siècle que l’industrie dans son ensemble. Bien quelle ait été frappée par une dépression économique au début des années quatre-vingt-dix, sa production a augmenté au milieu de cette décennie et c’est en Asie du Sud-Est que sa croissance est la plus soutenue. La figure 77.1 montre l’évolution de la production chimique de 1992 à 1995 pour certains pays.
Une grande partie de l’industrie chimique est fortement capi-talistique et dépendante de la recherche et du développement (par exemple, les produits pharmaceutiques). Du fait de ces deux facteurs, l’industrie emploie un nombre anormalement faible de travailleurs manuels non qualifiés, eu égard à sa taille, comparativement au secteur de la fabrication en général. L’emploi total dans l’industrie chimique a légèrement augmenté au cours de la période de croissance antérieure à 1970, mais depuis, la recherche d’une productivité accrue a eu comme conséquence un déclin de l’emploi dans ce secteur dans la plupart des pays développés. Le tableau 77.1 présente l’évolution de l’emploi dans l’industrie chimique aux Etats-Unis et dans plusieurs pays européens pour l’année 1995.
|
Pays |
Nombre d’emplois |
|
Etats-Unis |
1 045 000 |
|
Allemagne |
538 000 |
|
France |
248 000 |
|
Royaume-Uni |
236 000 |
|
Italie |
191 000 |
|
Pologne |
140 000 |
|
Espagne |
122 000 |
Source: Chemical and Engineering News , 1996.
Chaque fois que l’on met en œuvre des procédés faisant appel à la température et à la pression pour changer la structure moléculaire ou créer de nouveaux produits à partir de composés chimiques, il existe un risque d’incendie, d’explosion ou d’émission de liquides, de vapeurs, de gaz ou de substances inflammables ou toxiques. La surveillance de ces événements indésirables fait appel à une science spéciale appelée gestion de la sécurité des procédés . Les termes sécurité des procédés et gestion de la sécurité des procédés sont le plus souvent employés pour décrire la protection des travailleurs, de la population et de l’environnement contre les conséquences des incidents graves impliquant des liquides inflammables et des matières très dangereuses. Selon l’Association des industries chimiques (Chemical Manufacturers’ Association (CMA)), aux Etats-Unis, «la sécurité des procédés est la maîtrise des risques encourus en raison d’erreurs de procédures ou de dysfonctionnements des procédés employés pour convertir les matières premières en produits finis, qui peuvent entraîner l’émission imprévue de produits dangereux» (CMA, 1985).
La conception et la technologie du procédé, les modifications de celui-ci, les produits utilisés et les modifications qui leur sont apportés, les pratiques et procédures d’exploitation et d’entretien, la formation, le degré de préparation en cas d’urgence et les autres éléments influant sur le procédé doivent tous être considérés dans la détection et l’évaluation systématiques des risques afin de déterminer s’ils sont susceptibles d’entraîner une catastrophe en milieu de travail ou dans la communauté environnante. Depuis le début des années quatre-vingt, un certain nombre d’incidents majeurs mettant en cause des matières très dangereuses se sont produits dans les industries pétrolière et chimique; ils ont entraîné un nombre considérable de décès et de blessures ainsi que des pertes matérielles importantes. Ces incidents ont poussé les organismes gouvernementaux, les syndicats et les associations industrielles à élaborer et à mettre en application des codes, des règlements, des procédures et des pratiques de sécurité professionnelle orientés vers l’élimination ou l’atténuation de ces événements indésirables, au moyen de l’application de principes de gestion de la sécurité des procédés. Ils sont traités plus en détail dans le chapitre no 39, «Les catastrophes naturelles et technologiques», et ailleurs dans la présente Encyclopédie.
En raison des préoccupations publiques au sujet des risques des produits chimiques, les gouvernements et les organismes de réglementation ont mis sur pied des programmes où les fabricants et les utilisateurs doivent identifier les matières dangereuses en milieu de travail et informer les travailleurs et les consommateurs des risques découlant de leur fabrication, leur utilisation, leur stockage et leur manutention. Ces programmes, qui traitent des mesures d’urgence et de l’intervention en cas d’urgence, de la détection des risques, de la connaissance des produits, de la maîtrise des produits dangereux et du signalement des émissions toxiques, couvrent le traitement des hydrocarbures.
La gestion de la sécurité des procédés fait partie intégrante du programme global de sécurité des installations de fabrication de produits chimiques. Pour qu’il soit efficace, un programme de gestion de la sécurité des procédés requiert l’initiative, l’appui et la participation des cadres supérieurs, des gestionnaires de l’usine, des agents de maîtrise, des travailleurs, des entrepreneurs et de leur personnel. Les composantes à considérer au moment de mettre sur pied un programme de gestion de la sécurité des procédés incluent:
Tous les programmes de gestion de la sécurité des procédés d’installations chimiques comportent les mêmes exigences de base, bien que le nombre d’éléments du programme puisse varier selon les critères utilisés. Peu importe le document source utilisé comme guide, qu’il provienne d’un gouvernement, d’une entreprise ou d’une association, il existe un certain nombre d’exigences de base qui devraient être incluses dans tout programme de gestion de sécurité des procédés chimiques:
Le secteur de la transformation utilise l’information sur la sécurité des procédés pour définir quels sont les procédés, les produits et l’équipement critiques. L’information sur la sécurité des procédés inclut toute la documentation existante au sujet de la technologie des procédés, de l’équipement, des matières premières, des produits et des risques chimiques avant qu’une analyse de risque des procédés ne soit effectuée. La documentation concernant les analyses de projets d’investissement et les critères de conception de base sont d’autres informations essentielles sur la sécurité des procédés.
L’information chimique inclut les propriétés chimiques et physiques, mais aussi la réactivité et les données sur la corrosivité et la stabilité thermique et chimique des substances telles que les hydrocarbures et les matières très dangereuses utilisées dans les procédés, de même que les effets dangereux du mélange accidentel de produits incompatibles. L’information chimique inclut également celle qui peut être nécessaire pour effectuer des évaluations des risques environnementaux des émissions toxiques et inflammables ainsi que des limites d’exposition admissibles.
L’information technique inclut des schémas-bloc ou des organigrammes de procédé simples ainsi que la chimie de chaque procédé avec les limites sûres supérieures et inférieures pour les températures, les pressions, les débits, les compositions et, lorsque cette information existe, de la documentation sur la conception des procédés et des bilans énergétiques. Les conséquences des écarts dans les procédés et les produits, y compris leurs effets sur la sécurité et la santé des travailleurs, sont également déterminées. Chaque fois que les procédés ou les produits changent, l’information est mise à jour et réévaluée selon le processus de gestion du changement de l’établissement.
L’information sur l’équipement et la conception mécanique des procédés inclut la documentation couvrant les codes employés et indique si l’équipement respecte des pratiques reconnues d’ingénierie. On détermine également si l’équipement conçu et construit selon des codes, normes et pratiques qui ne sont en général plus en vigueur est utilisé, entretenu, inspecté et testé afin de s’assurer d’une sûreté de fonctionnement continue. L’information sur les matériaux de construction, les schémas de tuyauterie et d’instrumentation, la conception du système de secours, la classification électrique, les plans de la ventilation et les systèmes de sécurité est mise à jour et réévaluée quand on y apporte des changements.
Les programmes de gestion de sécurité des procédés devraient prévoir la participation des travailleurs à l’élaboration et à l’exécution des analyses de sécurité des procédés ainsi qu’à d’autres éléments du programme. On accorde habituellement à tous les employés et à ceux des entreprises extérieures travaillant dans le secteur l’accès à l’information sur la sécurité des procédés, aux rapports d’enquête sur les incidents et aux analyses de risque de procédé. La plupart des nations industrielles exigent que les travailleurs soient systématiquement formés à l’identification, la nature et la manutention en sécurité de tous les produits chimiques auxquels ils peuvent être exposés.
Une fois l’information sur la sécurité des procédés rassemblée, on doit procéder à une analyse de risque des procédés qui soit multidisciplinaire, complète, systématique et appropriée à la complexité des procédés, afin de déceler, d’évaluer et de maîtriser leurs risques. Les personnes exécutant l’analyse de risque des procédés devraient être bien informées et posséder l’expérience de ces types de processus chimiques, d’ingénierie et d’opérations de fabrication. Chaque équipe d’analyse comporte normalement au moins une personne connaissant bien les procédés en cause et une personne qui est compétente dans la méthodologie utilisée. L’ordre de priorité servant à déterminer où les analyses de risque des procédés doivent débuter dans l’établissement est basé sur les critères suivants:
Plusieurs méthodes d’analyse de risque des procédés sont employées dans l’industrie chimique.
La technique par simulation (what if method) pose une série de questions destinées à analyser des scénarios de risques et leurs conséquences potentielles. Elle est employée le plus souvent en cours d’étude de propositions de modifications au procédé, aux produits, à l’équipement ou aux installations.
La méthode d’analyse par liste de contrôle (checklist method) est semblable à la technique par simulation, sauf que l’on utilise une liste de contrôle déjà établie et faite sur mesure pour l’usine, les produits, les procédés et l’équipement. Cette méthode est utile pour réaliser des revues de prédémarrage avant l’achèvement de nouvelles installations ou après des révisions complètes ou des additions importantes à l’unité de fabrication. On emploie souvent une combinaison des techniques par simulation et de la liste de contrôle pour analyser des unités identiques du point de vue de la construction, des produits, de l’équipement et des procédés.
On utilise couramment la méthode d’analyse des risques et d’exploitabilité (hazard and operability (HAZOP) study method ) dans les industries chimique et pétrolière. Elle implique la participation d’une équipe multidisciplinaire, guidée par un chef expérimenté. L’équipe emploie des mots guides tels que «non», «augmentation», «diminution» et «inversion», qui sont systématiquement appliqués pour décrire les conséquences des écarts par rapport à l’intention de conception pour les procédés, l’équipement et les opérations analysés.
Les analyses par arbre de défaillance ou par arbre d’événements (fault tree/event tree analyses) sont des techniques déductives formelles semblables; elles sont employées pour estimer la probabilité quantitative de survenue d’un événement. L’analyse par arbre de défaillance remonte à partir d’un événement défini pour déterminer et montrer la combinaison des erreurs d’exploitation ou des défaillances d’équipement ayant joué un rôle dans l’incident. L’analyse par arbre d’événements, qui est l’inverse de l’analyse par arbre de défaillance, procède en aval à partir d’événements spécifiques, ou de séquences d’événements, afin de repérer ceux qui pourraient entraîner des dangers et de calculer la probabilité d’une séquence d’événements.
L’analyse des modes de défaillance et de leurs effets (failure mode and effects analysis method) dresse un tableau de chaque système fonctionnel ou unité d’équipement avec ses modes de défaillance, l’effet de chaque défaillance potentielle sur le système ou l’unité et la criticité de chaque défaillance pour l’intégrité du système. Les modes de défaillance sont alors classés par ordre d’importance afin de déterminer lequel est le plus susceptible de causer un incident sérieux.
Quelle que soit la méthode utilisée, toutes les analyses de risque de procédés chimiques prennent en considération les points ci-après:
Les établissements de fabrication chimique devraient élaborer et mettre en application des programmes qui prévoient la révision de l’information portant sur la sécurité des procédés, des procédures et des pratiques quand des modifications interviennent. De tels programmes incluent un système d’autorisation de gestion et une documentation écrite pour les changements apportés aux matières, aux produits chimiques, à la technologie, à l’équipement, aux procédures, au personnel et aux installations.
Les programmes de gestion du changement dans l’industrie chimique incluent, par exemple, les domaines ci-après:
Le processus de gestion du changement inclut une démarche d’information des travailleurs impliqués dans les procédés et l’entretien et des employés des entreprises extérieures dont les tâches seront touchées par les changements, ainsi que la mise à jour des procédures d’exploitation, de l’information sur la sécurité des procédés, des pratiques de sécurité professionnelle et de la formation selon les besoins, avant le démarrage des procédés ou de leurs parties modifiées.
Les établissements de fabrication de produits chimiques doivent concevoir et fournir des consignes d’utilisation et des procédures détaillées au personnel. Les consignes d’exploitation devraient être réexaminées de temps à autre afin de s’assurer qu’elles sont complètes et exactes (mises à jour ou révisées à l’occasion de changements) et couvrir les limites d’exploitation de l’unité de fabrication, en particulier les trois points suivants:
Le personnel impliqué dans les procédés a accès aux consignes d’exploitation couvrant les domaines ci-après:
Les établissements de fabrication de produits chimiques devraient mettre en application des programmes de permis relatifs au travail par point chaud, d’autorisation d’exécuter des travaux en toute sécurité et d’un système de bons de travail, afin de garder la maîtrise des opérations réalisées dans les zones de fabrication ou à proximité. Les agents de maîtrise, le personnel et les employés des entreprises extérieures doivent connaître les exigences des divers programmes de permis, y compris la délivrance et la date d’expiration de ceux-ci, ainsi que les mesures de sécurité, de manutention et de protection contre les incendies, de même que les méthodes de prévention des incendies.
Les types de travaux qui nécessitent habituellement un permis dans les établissements de fabrication de produits chimiques incluent:
Les établissements de fabrication de produits chimiques devraient élaborer et mettre en application des pratiques de sécurité professionnelle afin de maîtriser les risques au cours de l’exploitation. Ces pratiques devraient comprendre les aspects suivants:
Les établissements de fabrication de produits chimiques devraient faire appel à des programmes organisés de formation à la sécurité des procédés pour former et entraîner les agents de maîtrise en poste, ceux qui changent d’affectation ou qui viennent d’être engagés, ou les nouveaux employés. La formation offerte aux agents de maîtrise et au personnel des services de l’exploitation et de l’entretien devrait couvrir les domaines ci-après:
On a souvent recours à des entreprises extérieures dans les établissements de fabrication de produits chimiques. Ces établissements doivent instituer des procédures afin de s’assurer que le personnel des entreprises extérieures chargées de l’entretien, des réparations, des révisions complètes, des réfections importantes ou des travaux spécialisés est conscient des risques et bien informé au sujet des produits, des procédés d’exploitation, des mesures de sécurité et de l’équipement en place à l’endroit où les travaux sont effectués. L’établissement devrait procéder à des évaluations périodiques pour s’assurer que les travailleurs employés par l’entreprise extérieure sont convenablement formés et qualifiés, qu’ils respectent les mesures de sécurité et sont au courant des aspects ci-après:
Les revues de sécurité avant le démarrage sont effectuées dans les usines chimiques avant le démarrage de nouvelles installations ou l’introduction de nouvelles matières ou produits chimiques dangereux, après une révision complète et quand d’importantes modifications des procédés ont eu lieu.
Les revues de sécurité avant le démarrage permettent de s’assurer que les contrôles ci-après ont été effectués:
Avant et pendant la construction (avant la revue de prédémarrage), on procède habituellement à une série de vérifications de sécurité de la qualité de conception quand de nouveaux procédés ou des changements importants aux procédés existants sont effectués. La revue de contrôle des études, réalisée juste avant que les plans et spécifications soient considérés comme «dessins d’étude définitifs», couvre les points suivants:
Une autre revue est normalement accomplie juste avant d’entamer la construction, et comporte les volets ci-après:
Une ou plusieurs revues sont habituellement pratiquées pendant la construction ou la modification afin de s’assurer que les points suivants sont conformes aux spécifications du projet et aux exigences de l’établissement:
Les installations de fabrication de produits chimiques possèdent des programmes visant à maintenir l’intégrité de l’équipement d’exploitation, comportant notamment des inspections périodiques, des tests, le maintien des performances, des mesures correctives et l’assurance de la qualité. Le but de ces programmes est de s’assurer que l’intégrité mécanique de l’équipement et des matériaux est revue et certifiée, que les lacunes sont corrigées avant le démarrage ou que des dispositions préventives appropriées sont prises. Les programmes d’intégrité mécanique englobent l’équipement et les systèmes suivants:
Les programmes d’intégrité mécanique couvrent également l’inspection et l’essai du matériel d’entretien, des pièces de rechange et de l’équipement afin de vérifier qu’ils sont correctement installés ou qu’ils conviennent à l’utilisation que l’on se propose d’en faire. Les critères d’acceptation ainsi que la fréquence des inspections et des essais devront être conformes aux recommandations des fabricants, aux normes, aux exigences réglementaires, aux pratiques de l’industrie, aux politiques de l’établissement ou à l’expérience passée.
Les programmes de planification et d’intervention en cas d’urgence sont conçus pour l’ensemble d’un établissement en vue de permettre l’identification des dangers et l’évaluation du risque des procédés. Ces programmes incluent la formation et l’entraînement du personnel et des employés des entreprises extérieures en matière de signalement des situations d’urgence, de procédures d’intervention et d’évacuation.
Le plan de mesures d’urgence type d’un établissement de fabrication se conforme aux exigences de la société et de la réglementation et inclut les éléments ci-après:
Nombreux sont les établissements qui effectuent eux-mêmes des audits de la gestion de la sécurité des procédés afin de mesurer la performance de leurs installations et de s’assurer du respect des exigences internes et externes (des organismes de réglementation, de l’entreprise et de l’industrie) en matière de sécurité des procédés. Les deux principes de base à suivre pour effectuer les vérifications en interne sont, tout d’abord, de rassembler toute la documentation sur la gestion de la sécurité des procédés au même endroit et, ensuite, de déterminer si le programme est en place et fonctionne efficacement en effectuant un suivi de son application pour le ou les procédés choisis. L’auteur de la vérification rédige ensuite un rapport faisant état de ses constatations et de ses recommandations et la direction de l’établissement assure le suivi du dossier en notant comment les lacunes ont été corrigées ou atténuées et, si ce n’est pas le cas, pourquoi aucun correctif n’a été apporté.
Des listes de contrôle adaptées aux caractéristiques des établissements et des procédés sont fréquemment préparées pour procéder à des vérifications de sécurité qui couvrent les aspects ci-après:
Etant donné que les objectifs et le champ des vérifications peuvent changer, l’équipe de vérification de conformité devrait compter au moins une personne connaissant bien le procédé à vérifier, un expert en matière de réglementation et de normes et d’autres personnes disposant des aptitudes et des qualifications nécessaires pour réaliser la vérification. La direction peut décider d’ajouter à l’équipe de vérification un ou plusieurs experts extérieurs si elle ne dispose pas du personnel nécessaire, si celui qui est en place ne possède pas l’expertise nécessaire ou si la réglementation l’exige.
Les établissements de fabrication ont établi des programmes afin de mener des enquêtes et des analyses approfondies sur les incidents de fabrication ou les quasi-incidents, de prendre en considération et de régler promptement les points soulevés dans les conclusions et les recommandations faites et d’en vérifier les résultats avec le personnel et les entreprises extérieures dont le travail est lié aux conclusions de l’enquête. Les incidents (ou quasi-incidents) font aussitôt que possible l’objet d’une enquête approfondie par une équipe comptant au moins une personne qui connaît bien le procédé de fabrication en question ainsi que d’autres qui possèdent des connaissances et une expérience appropriées.
Les installations de fabrication sont assujetties à deux formes différentes de normes et de règlements:
La direction des établissements de fabrication devrait fournir de l’information sur les procédés, sans se préoccuper d’éventuels secrets industriels ou accords de non-divulgation, aux personnes qui:
Les établissements exigent généralement que les personnes à qui ils fournissent de l’information sur les procédés s’engagent à ne pas la révéler.
|
La technologie visant à assurer la sécurité des procédés a joué un rôle important dans l’industrie chimique, permettant la manutention des liquides et des gaz inflammables et combustibles sans conséquence indésirable. Au cours des années quatre-vingt, les industries du pétrole et du gaz naturel ont reconnu que la technologie seule, sans la gestion de la sécurité des procédés, ne pourrait empêcher des catastrophes. C’est ainsi que certaines associations industrielles comme le Centre pour la sécurité des processus chimiques (Center for Chemical Process Safety (CCPS)), l’Institut américain du pétrole (American Petroleum Institute (API)) et l’Association des industries chimiques (Chemical Manufacturers’ Association (CMA)), aux Etats-Unis, ont créé des programmes pour fournir à leurs membres des directives sur la gestion de la sécurité des procédés. D’après le CCPS, l’évolution de la sécurité des procédés, d’une question purement technique vers un problème faisant intervenir des approches de gestion, a été fondamentale dans l’amélioration soutenue de la prévention des accidents. Le CCPS a été créé en 1985 pour promouvoir l’amélioration des techniques de gestion de la sécurité des procédés auprès de ceux qui entreposent, manipulent, traitent et utilisent des matières et des produits chimiques dangereux. En 1988, la CMA a instauré son programme Responsible Care® , qui décrit l’engagement de chacun de ses membres à l’égard de l’environnement, de la sécurité et de la santé dans la gestion des produits chimiques. En 1990, l’API a mis en œuvre un programme pour l’ensemble de cette industrie, intitulé STEP — Strategies for Today’s Environmental Partnership , avec l’intention d’améliorer la performance de l’industrie du pétrole et du gaz naturel en ce qui concerne l’environnement, la sécurité et la santé. Un des sept éléments stratégiques du programme STEP couvre la sécurité du fonctionnement et des procédés utilisés dans l’industrie pétrolière. Les documents suivants sont des exemples de ceux qui sont préparés dans le cadre du programme STEP, sur lesquels l’industrie du pétrole et du gaz naturel peut se baser pour prévenir ou réduire le plus possible les conséquences de l’émission catastrophique de liquides et de vapeurs inflammables ou de matières dangereuses utilisées lors du procédé:
Parmi d’autres organisations qui ont préparé de tels documents et des programmes pour guider la gestion de la sécurité des procédés chimiques, on retrouve entre autres:
|
Cet article traite de l’information sur l’équipement de base, le stockage, l’implantation d’usines et les questions opérationnelles dans les industries chimiques de transformation, y compris les points et concepts de base qui s’appliquent à l’ensemble de l’industrie chimique. Cependant, une grande partie de l’équipement exigé dans la fabrication de produits chimiques est hautement spécialisé et ne peut être utilisé partout. Des renseignements plus détaillés sur la toxicité, les produits dangereux et la sécurité des procédés sont présentés ailleurs dans cette Encyclopédie, notamment dans le chapitre no 61, «L’utilisation, la manipulation et le stockage des produits chimiques».
Il existe deux catégories principales d’implantation dans les industries de transformation chimique: l’implantation d’usines, qui couvre toutes les unités, les utilités, les zones de stockage, les aires de chargement-déchargement, les bâtiments, les ateliers et les entrepôts, et l’implantation des unités ou des procédés de fabrication, qui ne traite que de l’emplacement de l’équipement pour un procédé particulier, également appelé bloc de procédé.
L’emplacement d’une usine est décidé sur la base d’un certain nombre de facteurs généraux, comme le montre le tableau 77.2 (Center for Chemical Process Safety (CCPS), 1993). Ces facteurs changent considérablement selon les emplacements, les gouvernements et les politiques économiques. Parmi ceux-ci, les questions de sécurité sont extrêmement importantes et, pour certains emplacements, elles peuvent être le facteur décisif du choix du site.
|
Un aspect essentiel de la sécurité industrielle quant au choix du site est la définition d’une zone tampon ou d’un périmètre de sécurité entre l’établissement mettant en œuvre des procédés dangereux et les usines, les habitations, les écoles, les hôpitaux, les autoroutes, les voies navigables et les couloirs aériens avoisinants. Quelques paramètres de sécurité à considérer de façon globale sont présentés tableau 77.3. La zone tampon est importante parce que l’éloignement tend à réduire ou à atténuer l’exposition en cas d’incident. La distance nécessaire pour ramener les concentrations toxiques à des niveaux acceptables par l’effet des conditions atmosphériques et la dispersion des substances toxiques provenant d’un rejet accidentel peut être calculée. De plus, le délai entre la libération de matières toxiques et l’exposition, créé par l’existence d’une telle zone, permet de prévenir la population grâce à des programmes préétablis d’intervention d’urgence. Puisque les usines comportent divers types d’installations contenant des produits toxiques, des analyses de dispersion devraient être effectuées afin de s’assurer que la zone tampon est suffisamment étendue pour protéger le voisinage du périmètre de l’usine.
|
Il existe un risque d’incendie dans les usines et les équipements d’exploitation. Les incendies d’importance sont une source de rayonnement thermique que l’éloignement peut aussi atténuer. Les torchères produisent également un rayonnement thermique qui peut avoir un effet pendant une situation d’urgence ou lors des manœuvres de démarrage ou d’arrêt. Une torchère est un dispositif qui brûle automatiquement des gaz d’échappement ou des vapeurs libérées en cas d’urgence, en un point élevé ou au sol. Les torchères devraient se trouver loin du périmètre de l’usine (pour la protection de la collectivité) et un secteur à leur base devrait être interdit au personnel. Si la torchère fonctionne mal, elle peut entraîner une projection de gouttelettes brûlantes. Outre les incendies, des explosions ou un dégagement de vapeur susceptibles de produire des ondes de choc peuvent survenir. Bien que l’éloignement réduise quelque peu l’intensité du souffle au-dessus de la zone tampon, l’effet se fera tout de même sentir dans la communauté voisine.
Le risque de rejets accidentels ou d’incendies d’installations avoisinantes est également à considérer. Les incidents susceptibles de se produire devraient être modélisés et évalués pour déterminer l’effet possible sur l’implantation proposée. Les mesures d’urgence en réponse à un événement externe devraient aussi être évaluées et les interventions coordonnées avec les autres usines et collectivités touchées.
La Dow Chemical Company a mis sur pied une autre approche de l’implantation d’usines en s’appuyant sur un degré acceptable de dommages maximaux probables aux biens (Maximum Probable Property Damage (MPPD) et de risque de pertes d’exploitation (Business Interruption Risk (B1)) (Dow Chemical Company, 1994a). Ces questions sont importantes tant pour les nouvelles usines que pour les usines existantes. L’indice DOW (Dow Fire and Explosion Index) de risques d’incendie et d’explosion est utile lorsqu’on prépare de nouveaux plans d’implantation ou lorsqu’on ajoute de l’équipement à une usine existante. Si les risques calculés à partir de l’indice s’avèrent inacceptables, l’espacement entre les divers composants devrait être augmenté. Une solution de rechange serait de changer l’implantation afin de réduire le risque.
La direction des vents dominants est un élément important à prendre en considération lors du choix du site d’une usine. Les sources d’inflammation devraient être sous le vent par rapport aux sources potentielles de fuite. Les appareils de chauffage, les chaudières, les incinérateurs et les torchères entrent dans cette catégorie (CCPS, 1993). On recommande également de disposer les réservoirs de stockage au vent par rapport aux unités de fabrication et aux services (CCPS, 1993). La réglementation environnementale a permis une réduction très sensible des fuites provenant des opérations d’empotage (Lipton et Lynch, 1994).
Des normes d’espacement minimal entre unités de fabrication, équipements et fonctions de l’usine ont été décrites dans diverses publications (CCPS, 1993; Dow Chemical Company, 1994a; Industrial Risk Insurers (IRI), 1991). Des recommandations de diverses sources quant à l’espacement dans les implantations d’usines figurent au tableau 77.4. Il faudrait que l’espacement réel recommandé soit soigneusement défini. Bien que les brûleurs et les fours n’apparaissent pas au tableau 77.4, ils sont des éléments importants et leur espacement recommandé doit être pris en compte dans l’implantation des unités de fabrication. En outre, des voies sont nécessaires pour permettre la circulation des véhicules d’urgence ou l’accès à l’équipement et elles doivent être soigneusement disposées entre les unités de fabrication et les différentes parties de l’usine. Les dégagements acceptables sous les nappes aériennes et tout autre équipement suspendu devraient être établis en même temps que l’espacement latéral aux carrefours et aux entrées de toutes les installations.
|
Les exigences en matière d’implantation peuvent être fondées sur l’espacement minimal recommandé (CCPS, 1993; National Fire Protection Association (NFPA), 1990; IRI, 1991; Mecklenburgh, 1985) ou déterminées par une analyse de risque (Dow Chemical Company, 1994a).
Le tableau 77.4 présente un résumé global des plans d’espacement d’une usine. Les unités de fabrication sont circonscrites à l’intérieur du bloc montré dans le plan d’implantation général. Le procédé chimique est habituellement détaillé dans les diagrammes de procédés et d’implantation. L’implantation d’équipements de fabrication exige que l’on ne se préoccupe pas uniquement de l’espacement entre certains équipements, dont certains sont montrés au tableau 77.5.
|
L’assemblage de l’équipement dans une unité de fabrication, quelle qu’elle soit, est étroitement tributaire du procédé utilisé. La toxicité et les caractéristiques dangereuses des flux et des matières dans les unités peuvent également varier de façon considérable. En dépit de ces différences, des normes minimales d’espacement ont été adoptées pour beaucoup de pièces d’équipement (CCPS, 1993; NFPA, 1990; IRI, 1991; Mecklenburgh, 1985). Il existe également des méthodes de calcul des fuites potentielles de l’équipement de fabrication et de l’exposition qui en résulterait, deux facteurs qui pourraient influer sur l’espacement (Dow Chemical Company, 1994b). De plus, on peut procéder à une analyse de dispersion quand on dispose d’estimations des fuites.
On peut utiliser une technique matricielle pour évaluer l’espace nécessaire à l’équipement (CCPS, 1993; IRI, 1991). Les calculs basés sur des conditions de fabrication spécifiques et une évaluation des risques liés à l’équipement peuvent avoir comme conséquence un espacement qui diffère du guide matriciel standard.
Des listes détaillées servant à confectionner une matrice peuvent être élaborées par l’utilisation de catégories plus précises et par l’ajout d’équipement. Par exemple, les compresseurs peuvent être répartis en plusieurs types, tels ceux traitant les gaz inertes, l’air et les gaz dangereux. L’espacement s’appliquant aux compresseurs entraînés par moteur peut différer de celui des machines commandées par moteur ou mues à la vapeur. L’espacement dans les entrepôts de gaz liquéfié devrait être analysé différemment selon que le gaz est inerte ou non.
Les limites des batteries de machines de fabrication devraient être soigneusement définies. Elles sont les lignes frontières des unités de fabrication (l’appellation dérive de l’utilisation que l’on faisait autrefois d’une batterie de fours dans la fabrication). Les autres unités, les chemins, les services, les réseaux de canalisations, les fossés de ruissellement, etc., sont tracés selon les limites des batteries. Bien que le déploiement des équipements de fabrication ne s’étende pas jusqu’aux limites des batteries, il faudrait définir quel doit être l’espacement des équipements par rapport à celles-ci.
Chaque unité de fabrication disposait auparavant d’une salle de commande d’où l’on surveillait le déroulement des procédés. Avec la venue de l’instrumentation électronique et de la fabrication commandée par ordinateur, les salles de commande séparées ont été supplantées par une salle centrale à partir de laquelle on peut superviser plusieurs unités de procédés à la fois. La salle de commande centrale est économiquement avantageuse parce qu’elle permet l’optimisation des procédés et une efficacité accrue du personnel. Les unités séparées existent toujours et, dans quelques unités spécialisées, les anciens centres de contrôle ayant été remplacés par une salle de commande centrale peuvent encore servir à la surveillance et en tant que poste de commande de secours. Bien que les fonctions et l’emplacement des salles de commande soient le plus souvent imposés par les critères économiques de la fabrication, la conception de la salle de commande ou du centre de contrôle demeure essentielle à la maîtrise des situations d’urgence et à la protection du personnel. Les points ci-après sont à considérer en matière de centres de contrôle centralisés ou locaux:
La quantité totale de produits toxiques et dangereux en stock, y compris dans l’équipement, constitue une donnée importante dont il faut tenir compte dans l’implantation des procédés et des usines. Les conséquences d’une fuite augmentent en gravité avec le volume stocké. Par conséquent, le stock devrait être maintenu au niveau le plus bas possible. Un processus de fabrication amélioré, qui réduit le nombre et la taille des pièces d’équipement requises, diminue le stock nécessaire, réduit le risque et a également comme conséquences de limiter les capitaux immobilisés et d’améliorer l’efficacité de l’exploitation.
Quelques pistes envisageables à cette fin sont présentées dans le tableau 77.6. Lorsqu’on se propose de mettre en place de nouvelles installations, il faudrait veiller à optimiser le processus de fabrication en tenant compte de certains des objectifs mentionnés au tableau 77.6.
|
Les installations de stockage d’une usine de traitement de produits chimiques peuvent contenir des matières premières liquides ou solides, des produits intermédiaires, des sous-produits et des produits finis. Dans beaucoup d’établissements, les produits stockés servent d’intermédiaires ou de précurseurs pour d’autres procédés. Il peut également être nécessaire de stocker des diluants, des solvants ou d’autres matières nécessaires à la fabrication. Tous ces produits sont généralement stockés dans des réservoirs aériens. Les réservoirs enterrés servent encore en certains endroits, mais leur utilisation est généralement limitée en raison des problèmes d’accès qu’ils présentent et de leur capacité limitée. En outre, les fuites de tels réservoirs constituent des menaces pour l’environnement, car elles contaminent l’eau souterraine. La contamination générale du sol peut également mener à une exposition atmosphérique s’il se produit des fuites de produits dont la tension de vapeur est élevée. Enfin, lorsqu’on tente de prendre des mesures correctrices, les substances libérées peuvent constituer une source d’exposition. Les fuites de réservoirs souterrains ont conduit les autorités de plusieurs pays à adopter une réglementation sévère exigeant notamment l’utilisation de réservoirs à double paroi et la surveillance souterraine.
Des réservoirs aériens types sont présentés à la figure 77.2. Les réservoirs verticaux peuvent avoir un toit conique ou en dôme, un toit flottant couvert ou non couvert ou un toit flottant externe. Les réservoirs à toit couvert ou fermé sont des réservoirs à toit flottant externe souvent recouverts de dômes géodésiques. Puisque les réservoirs à toit flottant externe ont tendance à perdre leur forme circulaire avec le temps, le scellage du toit flottant est difficile et une bâche est installée sur le réservoir. Une conception en dôme géodésique élimine la nécessité des fermes de toit pour les réservoirs à toit conique (réservoirs à toit flottant). Le dôme géodésique est plus économique qu’un toit conique; de plus, le dôme réduit les fuites dans l’environnement.
L’utilisation de réservoirs est normalement limitée au stockage de liquides dont la tension de vapeur n’excède pas 77 kPa. Lorsque la pression dépasse cette valeur, on emploie des sphéroïdes ou des sphères puisque ces formes sont conçues pour être utilisées sous pression. Les sphéroïdes peuvent être de grande taille, mais on n’y a pas recours quand la pression peut dépasser certaines limites définies par l’étude mécanique. Pour la plupart des applications de stockage où la tension de vapeur est élevée, on utilise habituellement des sphères équipées de soupapes de décharge pour éviter la surpression. Un problème qui a pris de l’importance avec l’utilisation de sphères est celui de la turbulence, qui produit une quantité excessive de vapeur et entraîne le déclenchement des soupapes de sécurité ou, dans des cas extrêmes, la rupture de la sphère (CCPS, 1993). Le contenu liquide a tendance à se stratifier et, si du liquide tiède (moins dense) est introduit au fond de la sphère, celui-ci s’élève et repousse le liquide plus frais et plus dense vers le fond. Le liquide tiède en surface se vaporise, élevant par le fait même la pression, ce qui peut entraîner le déclenchement des soupapes de décharge ou une surpression dans la sphère.
L’implantation des réservoirs exige une planification minutieuse. Il existe entre autres des recommandations pour l’espacement des réservoirs (CCPS, 1988, 1993). En beaucoup d’endroits, l’espacement n’est pas codifié, mais l’espacement minimal (Occupational Safety and Health Administration (OSHA), 1994) peut résulter de diverses décisions s’appliquant aux espacements et aux emplacements. Quelques critères d’espacement figurent au tableau 77.7. L’entretien des réservoirs est également un facteur à considérer pour l’espacement des réservoirs pressurisés, réfrigérés et atmosphériques (CCPS, 1993). Il est également nécessaire d’aménager des rétentions dont la capacité volumétrique est essentiellement prévue pour retenir le contenu d’un réservoir. Lorsque plusieurs réservoirs se trouvent à l’intérieur de la même rétention, la capacité volumétrique minimale de celle-ci doit être équivalente à la capacité du plus grand réservoir (OSHA, 1994). Les parois de la rétention peuvent être de maçonnerie massive, de terre, d’acier ou de béton. Cependant, les digues de terre devraient être imperméables et avoir un dessus plat d’une largeur minimale de 0,61 m. De plus, le sol de la rétention devrait également comporter une couche imperméable pour empêcher l’infiltration de produits chimiques ou de pétrole dans le sol.
|
Un problème qui est apparu avec le temps est celui des fuites de réservoirs causées par la corrosion de leur fond parce qu’il s’y trouve souvent une couche d’eau; de plus, de la corrosion électrolytique peut se produire en raison du contact avec la terre. Les autorités de certains pays ont par conséquent institué des réglementations afin de mettre un terme aux fuites provenant des fonds de réservoirs et à la contamination du sol et de l’eau qui s’ensuit. Un certain nombre de méthodes de conception ont été élaborées pour empêcher et déceler les fuites (Hagen et Rials, 1994). En complément, on a procédé à l’installation de doubles fonds. Dans certains établissements, on a recours à la protection cathodique pour restreindre encore davantage la détérioration du métal (Barletta, Bayle et Kennelley, 1995).
Le soutirage manuel de l’eau séjournant au fond des réservoirs peut entraîner une exposition à des produits dangereux, de même que l’observation visuelle pour repérer l’interface en vue du soutirage manuel. Il est possible d’installer un piquage comportant un capteur d’interface et une vanne de régulation réduisant au minimum le risque d’exposition des travailleurs (Lipton et Lynch, 1994). Divers types de capteurs sont proposés à cette fin dans le commerce.
Les réservoirs sont fréquemment trop remplis, ce qui crée des risques pour les travailleurs et compromet la sécurité. Il est possible de prévenir cette éventualité en utilisant des instruments redondants ou à double fonction pour commander les vannes d’admission ou les pompes d’alimentation (Bahner, 1996). Pendant des années, on installait des canalisations de trop-plein sur les réservoirs de produits chimiques, mais elles s’arrêtaient légèrement au-dessus d’un orifice d’écoulement pour permettre l’observation visuelle de l’écoulement du trop-plein. D’ailleurs, le drain devait être d’une capacité supérieure au débit de remplissage pour assurer correctement son rôle. Cependant, ce type d’installation présente un risque d’exposition, qui peut être éliminé en reliant la canalisation de trop-plein directement à l’orifice d’écoulement et en la munissant d’un débitmètre pour visualiser cet écoulement. Bien que ce dispositif fonctionne de façon satisfaisante, il en résulte une surcharge du système d’évacuation par une grande quantité de contaminants et des risques pour la sécurité et la santé.
Les réservoirs sont mis hors service à intervalles réguliers à des fins d’inspection ou de nettoyage. Ces procédures doivent faire l’objet d’une surveillance attentive afin d’empêcher que des travailleurs ne subissent des expositions et de minimiser les risques. Une fois la vidange terminée, les réservoirs sont fréquemment rincés avec de l’eau. Par le passé, les réservoirs étaient ensuite nettoyés manuellement ou mécaniquement en cas de besoin. Or, quand les réservoirs sont vidangés, ils sont remplis de vapeurs qui peuvent être toxiques et proches des valeurs d’inflammabilité dans l’air. Le rinçage à l’eau peut ne pas modifier de manière significative la toxicité des vapeurs; par contre, il peut réduire le risque de combustion. Il est possible de vidanger le liquide se trouvant dans un réservoir à toit flottant et de rincer celui-ci, mais dans certains réservoirs, du produit pourrait subsister dans le puisard. Ce résidu qui subsiste au fond doit être enlevé à la main et peut entraîner un risque d’exposition. Le port d’un équipement de protection individuelle peut être requis.
Normalement, les réservoirs fermés et tout volume se trouvant sous les toits flottants sont purgés avec de l’air jusqu’à ce qu’une concentration en oxygène établie soit atteinte avant que les travailleurs soient autorisés à y entrer. Cependant, il serait préférable de contrôler en continu l’atmosphère afin de s’assurer que la concentration en substances toxiques est satisfaisante et reste stable.
Dans beaucoup de régions, la ventilation avec échappement dans l’atmosphère des réservoirs à toit fixe ou à toit flottant couvert peut ne pas être acceptable. Les soupapes d’équilibrage (voir figure 77.2) de ces réservoirs sont retirées et les vapeurs traversent un conduit jusqu’à un dispositif où les contaminants sont détruits ou récupérés. Pour les deux types de réservoirs, une purge inerte (par exemple, de l’azote) peut être injectée pour éliminer l’effet de vide diurne et maintenir une pression positive dans le dispositif de récupération. Dans les réservoirs à toit flottant couvert, l’azote élimine l’effet diurne et réduit l’émanation de vapeurs dans l’atmosphère à travers la soupape d’équilibrage. Cependant, cela n’élimine pas totalement les émissions de vapeur. Beaucoup de dispositifs et de moyens de prévention technique existent, notamment les appareils à combus-tion, les condenseurs et les absorbeurs (Moretti et Mukhopadhyay, 1993; Carroll et Ruddy, 1993; Basta, 1994; Pennington, 1996; Siegell, 1996). Le choix d’un dispositif de contrôle est fonction des objectifs finaux d’émission et des coûts d’exploitation et d’investissement. Dans les réservoirs à toit flottant, externes et internes, la vérification des joints et des raccords de tuyauterie auxiliaires réduit sensiblement les pertes de vapeurs.
L’inflammabilité est une préoccupation importante dans les opérations de stockage en réservoir, et des systèmes de lutte contre l’incendie sont nécessaires pour prévenir le déclenchement d’incendies ou les circonscrire. Des recommandations existent pour la conception et l’installation d’asperseurs (CCPS, 1993; Dow Chemical Company, 1994a; NFPA, 1990). Dans certaines conditions, l’eau peut être pulvérisée directement; elle sert à refroidir les réservoirs ou l’équipement adjacent afin de les empêcher de surchauffer. En complément, la mousse est un agent efficace de lutte contre l’incendie et des systèmes d’épandage de mousse peuvent être installés en permanence sur les réservoirs. L’installation de systèmes d’extinction à mousse sur l’équipement mobile de lutte contre l’incendie devrait être analysée avec un fabricant. Il est maintenant possible de se procurer des mousses peu polluantes et de faible toxicité qui permettent de maîtriser tout aussi efficacement et rapidement les incendies.
Une vaste gamme d’équipements de fabrication est nécessaire dans l’industrie chimique en raison des nombreux procédés utilisés, des exigences particulières de certains d’entre eux et des différences entre produits. Par conséquent, il est impossible de passer en revue la totalité de l’équipement en service aujourd’hui; dans cette partie, nous nous limiterons aux équipements le plus fréquemment utilisés dans les séquences opératoires.
De nombreux types de réacteurs sont utilisés dans l’industrie chimique. Le choix d’un réacteur est fonction d’un certain nombre de variables dont la première est la classification de la réaction selon qu’elle est discontinue ou continue. Les réactions discontinues sont fréquemment transformées en opérations continues à mesure que l’expérience relative à la réaction augmente et que certaines modifications, telles que l’amélioration des catalyseurs, deviennent disponibles. La fabrication en continu est généralement plus efficace et donne un produit de qualité plus constante, ce qui est souhaitable lorsqu’on cherche à atteindre des objectifs de qualité. Cependant, la fabrication discontinue est encore largement utilisée.
Il est nécessaire de savoir si la réaction utilisée est exothermique ou endothermique (produisant ou exigeant de la chaleur) afin de définir les exigences de chauffage ou de refroidissement nécessaires pour la contrôler. De plus, des critères d’emballement doivent être établis et on doit installer les capteurs et les instruments de commande pour éviter que la réaction ne puisse plus être maîtrisée. Des procédures d’urgence doivent également être étudiées et développées avant que le réacteur ne fonctionne en vraie grandeur, pour s’assurer qu’un éventuel emballement sera maîtrisé sans risque. Parmi les solutions possibles, mentionnons l’équipement de commande de secours activé automatiquement, l’injection d’un produit chimique qui arrête la réaction et l’installation de soupapes et d’évents qui peuvent accepter le contenu du réacteur. Le fonctionnement des soupapes de sécurité et des évents est extrêmement important et exige que l’équipement soit toujours bien entretenu et en état de fonctionner. Par conséquent, on installe souvent des soupapes de sécurité asservies pour s’assurer que l’entretien effectué sur une soupape ne réduira pas la capacité de décharge du système.
Si une soupape de sécurité ou un évent se déclenche en raison d’un mauvais fonctionnement, l’effluent doit pratiquement toujours être contenu pour minimiser les risques pour la sécurité et la santé. Les méthodes de rétention de la décharge accidentelle à l’aide de canalisations et de disposition finale de la décharge du réacteur doivent donc être soigneusement analysées. En général, le liquide et la vapeur devraient être séparés; celle-ci doit être envoyée à une torchère ou un appareil de récupération, et le liquide récupéré si possible. L’enlèvement des solides peut exiger certaines études.
Dans les réacteurs où des réactions exothermiques se produisent, il est important de se préoccuper de l’encrassement des parois ou des canalisations par les fluides de refroidissement employés pour maintenir la température. Les méthodes d’élimination des dépôts diffèrent considérablement et sont fonction des caractéristiques des dépôts. On peut retirer ceux-ci à l’aide d’un solvant, d’un jet à haute pression ou, dans certains cas, manuellement. Au cours de toutes ces procédures, la sécurité et l’exposition doivent être étroitement surveillées. Les entrées et les sorties des produits dans le réacteur ne doivent pas laisser pénétrer d’air, ce qui pourrait avoir comme conséquence un mélange inflammable de vapeur dans l’air. Les vides doivent être cassés par un gaz inerte (par exemple, de l’azote). La cuve doit être considérée comme un espace confiné et la pénétration à l’intérieur ne doit se faire qu’après avoir observé les règles applicables à ces espaces. Les techniciens doivent être au courant de la présence possible de vapeurs et de la toxicité cutanée et être bien informés au sujet des dangers pour la santé.
Les réacteurs fonctionnant en continu peuvent être remplis de liquide ou d’une vapeur et de liquide. Certains procédés produisent des boues dans les réacteurs. Il existe également des réacteurs qui contiennent des catalyseurs solides. Le fluide réactif peut se présenter sous forme de liquide, de vapeur ou d’une combinaison des deux. Les catalyseurs solides, qui favorisent une réaction sans y participer, sont normalement retenus par des grilles et sont appelés lits fixes. Les réacteurs à lits fixes peuvent comporter des lits simples ou multiples et être utilisés pour des réactions exothermiques ou endothermiques, la plupart des réactions exigeant une température constante (isotherme) dans chaque lit. Il faut donc fréquemment injecter des courants de matière première ou de diluant à divers endroits entre les lits pour réguler la température. Avec ces systèmes, la lecture de la température et l’emplacement des détecteurs dans les lits sont des éléments extrêmement importants qui permettent d’éviter l’emballement de la réaction et des changements au niveau du rendement ou de la qualité des produits.
L’activité des lits fixes diminue généralement avec le temps. Il faut donc les régénérer ou les remplacer. Dans le cas d’une régénération, on peut brûler les dépôts qui se sont formés sur le lit, les dissoudre avec un solvant ou bien encore régénérer le lit en y injectant un produit chimique contenu dans un fluide inerte. Le choix de la technique à utiliser pour rétablir l’activité du catalyseur dépend de ce dernier. Dans le cas d’un brûlage, le réacteur est vidé et purgé de tous les fluides de procédé, puis rempli d’un gaz inerte (habituellement de l’azote), qui est chauffé et mis en circulation, portant ainsi le lit à une température donnée. A ce moment, une très faible quantité d’oxygène est ajoutée au courant inerte pour allumer un front de flamme qui se déplace graduellement à travers le lit et permet de contrôler l’augmentation de la température. En ajoutant trop d’oxygène, on endommage le catalyseur.
Les catalyseurs à lits fixes doivent être enlevés très soigneusement. Le fluide de procédé est évacué et le fluide restant est déplacé au moyen d’un fluide de rinçage ou purgé avec de la vapeur jusqu’à élimination complète du fluide de procédé. La purge finale peut nécessiter l’application d’autres techniques avant que la purge puisse être effectuée avec un gaz inerte ou de l’air, avant l’ouverture du réacteur ou le déchargement du catalyseur sous une couverture inerte. Si de l’eau est utilisée, elle est vidangée par une tuyauterie fermée jusqu’à un égout. Certains catalyseurs sont sensibles à l’air ou à l’oxygène, sont pyrophoriques ou deviennent toxiques à son contact. Dans ce cas, il faut avoir recours à des procédures spéciales pour éliminer l’air au cours du remplissage ou de la vidange. Il faut définir soigneusement les mesures de protection individuelle et les procédures de manutention pour réduire au minimum les expositions potentielles et pour protéger les travailleurs.
Le catalyseur épuisé peut nécessiter un traitement plus poussé avant d’être envoyé à un fabricant de catalyseur pour recyclage ou d’être éliminé de manière acceptable pour l’environnement.
Le gaz qui traverse un catalyseur solide non fixé fait augmenter le volume du lit et forme une suspension semblable à un liquide appelée lit fluidisé. Ce type de réaction est employé dans divers procédés. Les catalyseurs épuisés sont enlevés sous forme d’un courant de soutirage gaz-solides pour être régénérés, puis introduits de nouveau en circuit fermé. Dans le cas d’autres réactions, l’activité du catalyseur peut être très élevée et, bien qu’il soit rejeté dans le produit, sa concentration est si faible qu’elle ne pose pas de problème. Si la vapeur du produit ne doit pas présenter une concentration élevée de particules solides de catalyseur, celles qui sont entraînées avec le produit doivent être éliminées avant la purification du produit. Il restera toutefois des traces de solides. Pour être éliminées, ces traces doivent être dirigées vers un des courants secondaires, lequel devra à son tour être clarifié.
Lorsque le catalyseur épuisé est régénéré par brûlage, les systèmes à lits fluidisés doivent être munis d’une installation de récupération poussée des solides pour que les contraintes environnementales soient respectées. La récupération peut faire appel à diverses combinaisons de cyclones, de précipitateurs électriques, de filtres à manches ou de laveurs. Dans le cas du brûlage des lits fixes, la considération la plus importante est le contrôle de la température.
Comme les catalyseurs à lit fluidisé sont souvent constitués de particules inhalables, il faut veiller à assurer la protection des travailleurs qui manutentionnent des catalyseurs solides frais ou récupérés.
Dans certains cas, on peut retirer divers constituants d’un lit fixe pas aspiration. L’aspiration est souvent induite par un jet de vapeur. La vapeur rejetée contient fréquemment des matières toxiques, mais en très faible concentration. Il faut cependant analyser soigneusement le rejet de vapeur pour déterminer la quantité de contaminants, leur toxicité et leur dispersion potentielle s’ils étaient rejetés directement dans l’atmosphère. Si cette étude se révèle non satisfaisante, il peut être nécessaire de condenser toutes les vapeurs à rejeter dans un collecteur, et d’acheminer le condensat dans un système de récupération fermé. Dans le cas d’une pompe alternative, il arrive que le rejet ne puisse être libéré directement dans l’atmosphère, mais qu’il soit dirigé vers une torchère, un incinérateur ou un dispositif de chauffage.
Dans tous les réacteurs, l’augmentation de la pression est une question importante puisque la pression limite de la cuve ne doit pas être dépassée. Cette augmentation de la pression peut résulter d’un mauvais contrôle du procédé, d’un mauvais fonctionnement ou de l’emballement de la réaction. Par conséquent, des systèmes de décharge de pression sont nécessaires pour maintenir l’intégrité de la cuve en évitant les surpressions. Les soupapes de décharge doivent être soigneusement conçues de façon à bien fonctionner quelles que soient les conditions, même lors des opérations d’entretien. Des soupapes multiples peuvent être nécessaires. Une soupape de décharge conçue de façon à permettre un rejet dans l’atmosphère devrait être surélevée par rapport aux bâtiments voisins et une analyse de la dispersion devrait être réalisée pour veiller à assurer la protection adéquate des travailleurs et des communautés environnantes.
Si un disque de rupture est installé avec une soupape de sécurité, le rejet devrait également être confiné et, le rejet final, choisi de la manière susmentionnée. Puisqu’un disque rompu ne se referme pas, on peut s’attendre à ce qu’un disque non muni d’une soupape de décharge libère la plus grande partie du contenu du réacteur et à ce que de l’air entre dans le réacteur à la fin du rejet. Il faut veiller soigneusement à ce qu’il ne puisse pas se former de mélange inflammable ou se produire des réactions indésirables. De plus, la décharge à travers un disque de rupture peut libérer un liquide; l’évent doit être conçu de façon à retenir les liquides lors du rejet de vapeur. Le rejet d’urgence dans l’atmosphère doit être approuvé par les autorités chargées de la réglementation avant l’installation.
Les mélangeurs-agitateurs dont sont munis les réacteurs sont hermétiquement scellés. Les fuites peuvent être dangereuses; lors-qu’elles se produisent, elles doivent être réparées, ce qui exige l’arrêt du réacteur. Le contenu du réacteur peut exiger une manutention ou des précautions particulières, et la procédure d’arrêt d’urgence du procédé comprend l’arrêt de la réaction et l’élimination du contenu du réacteur. L’inflammabilité et le contrôle de l’exposition doivent être étudiés de près pour chaque étape, y compris pour l’élimination finale du mélange se trouvant dans le réacteur. Puisque cette interruption peut être coûteuse et est susceptible d’entraîner une perte de production, des mélangeurs magnétiques et de nouveaux systèmes de fermeture ont été mis au point, de manière à réduire l’entretien et les arrêts des réacteurs.
L’entrée dans un réacteur doit se faire conformément aux procédures d’entrée dans des espaces confinés.
La distillation consiste à séparer des substances chimiques par des méthodes basées sur leurs différents points d’ébullition. Les tours classiques des usines chimiques et des raffineries sont des tours de distillation.
La distillation sous diverses formes est une étape de la grande majorité des procédés chimiques. On utilise le fractionnement ou la distillation pour la purification, la séparation, le strippage, la distillation azéotropique et l’extraction. La distillation réactive, où une réaction se produit dans une section séparée de la tour de distillation, s’ajoute maintenant à ces applications.
La distillation se fait au moyen d’une série de plateaux dans une tour remplie ou non de garnissage. Le garnissage possède une configuration spéciale qui laisse aisément passer la vapeur et le liquide, tout en offrant une surface suffisante pour le contact vapeur-liquide et un fractionnement efficace.
La chaleur fournie à la tour provient habituellement d’un rebouilleur, bien que la chaleur de certains flux puisse être suffisante pour éliminer le rebouilleur. Dans le cas où la chaleur est fournie par un rebouilleur, il se produit une séparation vapeur-liquide en plusieurs étapes sur les plateaux, et les substances légères montent dans la tour. Les vapeurs du plateau supérieur sont entièrement ou partiellement condensées dans le condenseur supérieur. Le liquide condensé est recueilli dans le réservoir de récupération du distillat, à partir duquel une partie du liquide est recyclée vers la tour, l’autre étant soutirée et acheminée vers un lieu donné. Les vapeurs non condensées peuvent être récupérées ailleurs ou acheminées vers un dispositif d’élimination qui peut être une chambre de combustion ou un système de récupération.
Les tours fonctionnent habituellement à une pression plus élevée que la pression atmosphérique. Cependant, leur exploitation se fait fréquemment sous vide pour abaisser le plus possible la température du liquide (laquelle peut influer sur la qualité du produit) ou si les matériaux constitutifs de la tour posent des problèmes d’ordre mécanique ou économique en raison de la difficulté d’atteindre la température requise. En outre, les températures élevées peuvent influer sur le fluide. Pour les fractions lourdes du pétrole, des températures très élevées au bas de la tour entraînent fréquemment des problèmes de cokéfaction.
Le vide est habituellement obtenu au moyen d’éjecteurs ou de pompes à vide. Dans les unités de traitement, la phase vapeur à évacuer se compose de certaines matières légères en phase vapeur et de matières inertes susceptibles de se trouver dans le courant d’alimentation et d’air provenant de fuites. Normalement, le système à vide est posé en aval d’un condenseur pour réduire l’apport de matière organique. Celui-ci est dimensionné selon la charge estimée de vapeur et les charges supérieures sont traitées par des éjecteurs. Dans certains systèmes, on peut raccorder directement la machine à vide à la sortie d’un condenseur. Un système d’éjecteur typique comporte une combinaison d’éjecteurs et de condenseurs barométriques directs où les vapeurs de l’éjecteur sont en contact direct avec l’eau de refroidissement. Les condenseurs baromé-triques consomment de grandes quantités d’eau et le mélange vapeur-eau fait augmenter la température de sortie de l’eau qui a tendance à vaporiser toute trace de composés organiques dans le collecteur barométrique atmosphérique, ce qui augmente le risque d’exposition en milieu de travail. De plus, une forte charge d’effluent est ajoutée au système de traitement des eaux usées.
On réduit de beaucoup la quantité d’eau nécessaire, ainsi que la consommation de vapeur grâce à des systèmes à vide modifié. Etant donné que la pompe à vide n’aura pas à traiter une forte charge de vapeur, un éjecteur de vapeur est utilisé au premier stade, en combinaison avec un condenseur de surface pour réduire la charge de la pompe à vide. De plus, un réservoir de récupération est installé pour utilisation au-dessus du niveau du sol. Ce système, plus simple, réduit la charge en eaux usées et permet d’utiliser un système fermé qui élimine le risque d’exposition aux vapeurs.
Toutes les tours et tous les réservoirs doivent être protégés de la surpression qui peut résulter d’un mauvais fonctionnement, d’un incendie (Mowrer, 1995) ou d’une panne des utilités. Une analyse des dangers est nécessaire et même exigée par la loi dans certains pays. Une approche générale de gestion de la sécurité des procédés appliquée aux procédés et à l’exploitation de l’usine améliore la sécurité, réduit les pertes au minimum et protège la santé du personnel (Auger, 1995; Murphy, 1994; Sutton, 1995). La protection est assurée par des soupapes de décharge rejetant dans l’atmosphère ou dans un système fermé. La soupape de surpression se trouve généralement (mais pas toujours, d’autres configurations étant possibles) au sommet de la tour afin de libérer la charge de vapeur très élevée à cet endroit. Le réservoir supérieur de récupération du distillat peut aussi être muni de soupapes de décharge, à condition que des vannes ne se trouvent pas entre les soupapes de décharge et le sommet de la tour. Si des vannes de barrage se trouvent sur les canalisations menant au condenseur, alors les soupapes de décharge doivent être posées sur la tour.
Quand la surpression de la tour de distillation est relâchée, dans certaines situations d’urgence, le rejet des soupapes de décharge peut être trop abondant. Une charge très élevée dans la canalisation d’un évent à rejet confiné peut constituer la plus forte charge du système. Puisque le rejet peut être soudain et la durée de la décompression très brève (moins de 15 minutes), cette très forte charge de vapeur doit être soigneusement analysée (Bewanger et Krecter, 1995; Boicourt, 1995). Puisque ce pic très important, mais de courte durée, est difficile à traiter avec des dispositifs d’élimination comme les absorbeurs, adsorbeurs, fours, etc., le dispositif privilégié dans la plupart des cas est une torchère qui détruit les vapeurs. Normalement, un certain nombre de soupapes de décharge sont reliées à un collecteur, lui-même relié à une torchère. Cependant, la torchère et l’ensemble du système doivent être conçus soigneusement de manière à couvrir toute une gamme d’éventualités (Boicourt, 1995).
Dans le cas du rejet direct dans l’atmosphère, il faut procéder à une analyse détaillée de la dispersion des vapeurs rejetées par les soupapes de décharge pour s’assurer que le personnel ne sera pas exposé et que la concentration dans la collectivité restera bien inférieure à la concentration maximale permise. Pour contrôler la dispersion, il peut se révéler nécessaire de surélever les tuyaux servant au rejet atmosphérique à partir des soupapes de décharge pour éviter des concentrations excessives près des structures avoisinantes. Une très haute cheminée de type torchère peut alors se révéler nécessaire.
La pénétration du personnel chargé de l’entretien ou des modifications d’ordre mécanique pendant l’arrêt suscite également des préoccupations. Il s’agit d’entrer dans un espace confiné qui présente pour les travailleurs des dangers bien spécifiques. Auparavant, il faut effectuer une purge soignée pour abaisser le plus possible la concentration des substances toxiques au-dessous des niveaux recommandés. Avant le début de la purge, la pression de la tour doit être réduite et tous les raccordements de tuyauterie doivent être consignés (c’est-à-dire que des disques pleins en métal doivent être placés dans les brides reliant les canalisations à la tour). Cette étape doit être soigneusement gérée pour réduire au minimum l’exposition. Les méthodes employées pour vider la tour des fluides toxiques varient selon le procédé employé. Le fluide présent dans la tour est fréquemment déplacé par un fluide très peu toxique. Ce fluide de déplacement est alors évacué et pompé vers un lieu donné. La pellicule liquide et les gouttelettes restantes peuvent être vaporisées dans l’atmosphère et rejetées par une bride située en haut de la tour, munie d’un écran de protection, avec une ouverture entre cet écran et la bride. Après la vaporisation, de l’air entre dans la tour à travers l’ouverture pendant que la tour refroidit. Un trou d’homme au pied de la tour et un second à son sommet sont ensuite ouverts, ce qui permet de faire circuler de l’air dans la tour. Quand la qualité de l’air à l’intérieur de la tour a atteint un niveau acceptable, on peut alors y pénétrer.
Une vaste gamme d’échangeurs de chaleur sont utilisés dans l’industrie chimique. Il s’agit de dispositifs mécaniques servant à transférer de la chaleur à un fluide en circulation ou à en extraire. Les échangeurs sont choisis en fonction des conditions du procédé et des caractéristiques des divers modèles. Certains types courants d’échangeurs sont représentés à la figure 77.3. Le choix de l’échangeur optimal pour une application donnée est quelque peu compliqué et exige une recherche détaillée (Woods, 1995). Souvent, certains modèles ne conviennent pas en raison de la pression, de la température, de la concentration en solides, de la viscosité, du débit et d’autres facteurs. De plus, la conception d’un échangeur de chaleur peut varier considérablement; il existe plusieurs types: à tête flottante, à plaques et à lames (Green, Maloney et Perry, 1984). La tête flottante est normalement choisie quand la température peut causer une expansion excessive des tubes qui ne pourraient être maintenus dans un échangeur à plaque tubulaire fixe. Dans l’échangeur à tête flottante simplifié de la figure 77.3, la tête flot-tante est entièrement incorporée à l’échangeur et elle n’est aucunement reliée à l’enveloppe. Dans d’autres modèles à tête flottante, la plaque tubulaire flottante peut être entourée de garnissage (Green, Maloney et Perry, 1984).
Le garnissage des plaques tubulaires flottantes est en contact avec l’air et peut éventuellement constituer une source de fuite et d’exposition potentielle. D’autres échangeurs présentent aussi des sources de fuite potentielle et devraient être inspectés avec soin. En raison de leurs caractéristiques liées au transfert de chaleur, les échangeurs à plaque et à cadre sont souvent employés dans l’industrie chimique. Les plaques présentent diverses ondulations et configurations. Elles sont séparées par des joints d’étanchéité qui empêchent le mélange des flux et offrent une étanchéité par rapport à l’extérieur. Cependant, cette étanchéité limite les applications à une température d’environ 180 °C, bien que certaines améliorations soient possibles pour surmonter cet obstacle. Puisqu’il y a un certain nombre de plaques, celles-ci doivent être comprimées correctement pour être étanches entre elles. En conséquence, une mise en place mécanique soignée est nécessaire pour empêcher les fuites et les dangers potentiels. Comme il existe un grand nombre de joints, il est important de les surveiller pour réduire le plus possible les risques d’exposition.
Les échangeurs refroidis à l’air sont attrayants du point de vue économique et ont de nombreuses applications en différents points des unités. Pour économiser de l’espace, ces échangeurs sont souvent posés au-dessus des canalisations et ils sont fréquemment empilés. Puisque le choix du matériau dont sont faits les tubes est important, on en utilise plusieurs dans l’industrie chimique. Ces tubes sont reliés à la plaque tubulaire; il faut donc qu’ils soient compatibles. Les fuites par des fentes dans les canalisations, ou au niveau de la plaque tubulaire, posent un problème puisque le ventilateur disperse les vapeurs qui fuient, ce qui peut entraîner des expositions. La dilution dans l’air peut considérablement réduire le danger lié à une telle exposition. Cependant, les ventilateurs sont souvent arrêtés dans certaines conditions climatiques; la concentration des fuites peut alors augmenter, de même que le risque d’exposition. D’ailleurs, si les tubes qui fuient ne sont pas réparés, la fissure peut s’agrandir. Dans le cas de liquides qui fuient goutte à goutte et ne se vaporisent pas facilement, il y a risque d’exposition par voie cutanée.
Des fuites peuvent apparaître dans les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes par n’importe laquelle des diverses brides (Green, Maloney et Perry, 1984). Puisque les échangeurs à calandre et à tube présentent de grandes variations de surface, allant de très petites à très grandes, le diamètre des ouvertures externes est généralement beaucoup plus grand que celui de la tuyauterie habituelle. Avec ces grandes brides, les joints d’étanchéité doivent non seulement résister aux conditions du traitement, mais également rester étanches malgré les variations de la charge appliquée aux boulons. Divers modèles de joints d’étanchéité sont utilisés. Il est difficile de répartir également les contraintes de charge sur les boulons des brides, ce qui cause des fuites dans de nombreux échangeurs. Les fuites aux raccords peuvent être éliminées grâce à des bagues d’étanchéité (Lipton et Lynch, 1994).
Les fuites sur les tubes sont à même de se produire dans n’importe quel modèle d’échangeur, sauf sur les échangeurs à plaques et sur quelques autres échangeurs spécialisés. Cependant, ces deux derniers types d’échangeurs posent d’autres problèmes potentiels. Quand les tubes fuient dans un système de refroidissement à eau, l’eau de refroidissement entraîne le contaminant dans une tour de refroidissement, ce qui peut constituer une source d’exposition pour le personnel et la communauté voisine. Par conséquent, il faut surveiller l’eau de refroidissement.
La dispersion des vapeurs en provenance d’une tour de refroidissement peut être importante en raison des ventilateurs utilisés dans les tours de refroidissement à circulation d’air forcée. En outre, les tours à convection naturelle rejettent des vapeurs dans l’air ambiant, qui ensuite se dispersent. Cependant, la dispersion change considérablement selon les conditions météorologiques et l’altitude du rejet. Les produits toxiques peu volatils demeurent dans l’eau de refroidissement et dans le courant de vidange de la tour de refroidissement, lequel devrait avoir une capacité de traitement suffisante pour détruire des contaminants. La tour de refroidissement et son bassin doivent être nettoyés périodiquement; la présence de contaminants ajoute aux risques au moment du nettoyage du bassin et du garnissage de la tour. Il est nécessaire de porter un équipement de protection individuelle pour la majorité de ces travaux.
L’encrassement des tubes d’eau de refroidissement par la corrosion, l’action d’organismes biologiques et le dépôt de solides posent un problème d’entretien. Comme nous l’avons décrit plus haut, les tubes peuvent également fuir par des fissures ou des fuites peuvent se produire aux rainures de la plaque tubulaire. Dans ce cas, il faut réparer l’échangeur et évacuer les fluides de procédé. Cette opération doit se faire en milieu complètement fermé pour respecter les objectifs de protection de l’environnement, de la sécurité et de la santé au travail.
De façon générale, le fluide de procédé est transféré dans un réservoir et le fluide restant est purgé avec un solvant ou une matière inerte. Cette matière contaminée est également dirigée vers un réservoir par drainage ou mise sous pression d’azote. Si l’échangeur contenait des produits toxiques, l’absence de traces résiduelles de ces produits doit être contrôlée. Si la vérification n’est pas concluante, l’échangeur peut être traité à la vapeur pour être débarrassé de toute trace de matière. Cependant, l’évent devrait être relié à un système fermé pour empêcher que de la vapeur ne s’échappe dans l’atmosphère. Une telle précaution n’est pas toujours nécessaire; toutefois, mais comme il peut arriver qu’une concentration plus élevée se forme dans l’échangeur, on élimine les dangers potentiels en effectuant chaque fois la purge à la vapeur en système fermé. Après le traitement à la vapeur, une bouche d’admission laisse pénétrer l’air. Cette procédure générale est applicable aux parties de l’échangeur contenant du produit toxique.
Les produits chimiques alors employés pour nettoyer les tubes ou la paroi de la calandre devraient circuler en circuit fermé. La solution de nettoyage est normalement pompée à partir d’un camion-citerne et, une fois souillée, évacuée par camion pour traitement.
Le déplacement des liquides est l’une des principales fonctions des procédés et, dans l’industrie chimique, toutes sortes de matières liquides sont déplacées au moyen de pompes très variées. Les pompes à moteur à gaine et les pompes magnétiques sont des pompes centrifuges sans joint étanche. Il existe des entraînements magnétiques qui peuvent être installés sur d’autres types de pompe pour empêcher les fuites. Divers types de pompes employées dans l’industrie chimique sont donnés dans le tableau 77.8.
|
|
Du point de vue de la sécurité et de la santé, assurer l’étanchéité et la réparation des pompes centrifuges sont des préoccupations majeures. Les joints mécaniques, auxquels on fait le plus souvent appel pour l’étanchéité au niveau des arbres de transmission, peuvent fuir et même sauter. Cependant, des progrès importants ont été accomplis dans les techniques d’étanchéité depuis les années soixante-dix, qui ont entraîné une réduction notoire des fuites et un prolongement de la vie utile des pompes. Au nombre de ces améliorations, il faut citer les joints à soufflet, les joints à cartouche, de meilleures garnitures radiales, des garnitures plus résistantes et une surveillance plus efficace du fonctionnement de la pompe. De plus, les recherches qui se poursuivent devraient permettre d’autres améliorations techniques.
Si les fluides nécessaires au procédé sont fortement toxiques, on a souvent recours à des pompes étanches ou sans joint, qu’il s’agisse de pompes à moteur à gaine ou de pompes magnétiques. La durée de vie utile, ou l’intervalle moyen entre deux entretiens, s’est nettement améliorée et varie généralement entre trois et cinq ans. Dans ces pompes, le fluide sert de lubrifiant pour les roulements du rotor. La vaporisation de ce fluide endommage les roulements, ce qui oblige à les remplacer souvent. Pour maintenir l’état liquide dans les pompes, on s’assure que la pression interne dans le système de roulements est toujours plus élevée que la pression de vapeur du liquide à la température de fonctionnement. Lorsqu’on répare une pompe sans joint, il est important de vidanger complètement le liquide faiblement volatil et d’en parler avec le fournisseur. Dans la plupart des pompes centrifuges, le garnissage a été en bonne partie remplacé par des garnitures mécaniques. On distingue en général les garnitures simples et doubles; ces dernières englobent les garnitures en tandem et les doubles organes d’obturation. Il existe d’autres combinaisons à deux garnitures, mais elles ne sont pas aussi fréquemment utilisées. En principe, on utilise des garnitures en tandem ou doubles avec un fluide tampon entre celles-ci pour réduire les fuites. Des normes relatives aux garnitures mécaniques des pompes centrifuges et rotatives, qui couvrent tant les spécifications que l’installation, ont été publiées par l’Institut américain du pétrole (American Petroleum Institute (API), 1994). On peut maintenant se procurer un guide servant à faciliter l’évaluation des divers types de garnitures (Society of Tribologists and Lubrication Engineers (STLE), 1994).
Pour prévenir les fuites excessives ou la rupture d’une garniture défaillante, on pose un presse-étoupe qui peut comporter un fluide servant à acheminer les fuites vers un système de récupération fermé (API, 1994). Puisque le presse-étoupe n’est pas parfaitement étanche, on peut utiliser des garnitures auxiliaires, par exemple une garniture intermédiaire dans le presse-étoupe pour empêcher un rejet trop important dans l’atmosphère ou la rupture de la garniture (Lipton et Lynch, 1994). Ces garnitures ne sont pas conçues pour être utilisées de façon continue; une fois activées, elles fonctionnent pendant un maximum de deux semaines avant de faire défaut, ce qui permet de changer de pompe ou de modifier le procédé.
Un nouveau type de garniture mécanique permet de réduire les émissions pratiquement à zéro. Il est constitué d’une garniture mécanique double avec un système tampon à gaz remplaçant le liquide tampon des garnitures mécaniques doubles traditionnelles (Fone, 1995; Netzel, 1996; Adams, Dingman et Parker, 1995). Dans les systèmes à liquide tampon, les garnitures sont séparées par une très mince couche lubrifiante de fluide tampon qui sert aussi à refroidir la garniture. Même si leurs faces sont légèrement séparées, un certain contact subsiste, entraînant l’usure et l’échauffement des garnitures. Les garnitures à gaz sont appelées garnitures sans contact puisque l’une des faces, présentant des cannelures recourbées, pompe du gaz à travers les faces de la garniture et maintient une couche de gaz qui sépare complètement les deux faces. Cette absence de contact permet de prolonger la durée de vie des garnitures et permet de réduire la perte par frottement, ce qui réduit nettement la consommation d’énergie. Comme la garniture pompe du gaz, il s’en infiltre une très petite quantité dans le produit traité et dans l’atmosphère.
Une des principales préoccupations en matière de santé pour ce qui est des pompes est la nécessité de vidanger et de purger ces dernières en prévision de travaux d’entretien ou de réparation. La vidange et l’évacuation englobent à la fois le fluide de procédé et le fluide tampon. Les procédures devraient prévoir l’évacuation vers un système de collecte fermé. Dans le presse-étoupe, où une bague à collet sépare le rotor du presse-étoupe, la bague retient une certaine quantité de liquide dans le presse-étoupe. Des ouvertures percées dans la bague ou un drain dans le presse-étoupe permettent la vidange complète du liquide traité. En ce qui concerne les liquides tampons, une méthode de vidange de l’espace compris entre les garnitures devrait être prévue. L’entretien exige que les garnitures soient retirées car, si celles-ci ne sont pas entièrement vidangées, elles deviennent une source d’exposition potentielle au cours des réparations.
La manutention de poussières et de poudres dans l’équipement de traitement des solides soulève la question du risque d’incendie ou d’explosion. Une explosion se produisant dans l’équipement peut endommager un mur ou une enceinte, et propulser une onde de pression et de flammes dans l’aire de travail. Le personnel peut alors être mis en danger, et l’équipement environnant sévèrement endommagé, les effets étant dévastateurs. Les poussières ou les poudres en suspension dans l’air ou dans un gaz peuvent, en présence d’oxygène et dans un lieu clos, produire une explosion quand une source d’inflammation d’une énergie suffisante est présente. Quelques équipements dans l’environnement desquels existe un risque d’explosion figurent au tableau 77.9. Une explosion produit de la chaleur et une expansion de gaz rapide (augmentation de pression) et a généralement pour conséquence une déflagration, produisant un front de flamme qui se déplace rapidement, mais à une vitesse inférieure à celle du son. Quand la vitesse du front de flamme excède celle du son, ou atteint une vitesse supersonique, il s’agit d’une détonation, qui cause plus de dommages qu’une déflagration. L’explosion et l’expansion de front de flamme se produisent en quelques millisecondes et ne laissent pas assez de temps pour une intervention standard. Par conséquent, il importe de définir les caractéristiques d’inflammabilité et d’explo-sibilité de la poudre pour déterminer les risques correspondant aux diverses étapes de transformation (CCPS, 1993; Ebadat, 1994; Bartknecht, 1989; Cesana et Siwek, 1995). Cette information peut alors fournir une base pour l’installation de commandes et la prévention des explosions.
|
Transporteurs |
Stockage |
|
Pneumatiques |
Bacs |
|
Mécaniques |
Trémies |
|
Robinets rotatifs |
|
|
Equipement de traitement |
|
|
Collecteurs de poussières des filtres |
Broyeurs |
|
Séchoirs à lit fluidisé |
Broyeurs à boulets |
|
Séchoirs de lignes de transfert |
Mélangeurs de poudres |
|
Cribleurs |
Cyclones |
Puisque les explosions se produisent généralement dans des équipements clos, on procède à divers tests de laboratoire au moyen d’un matériel spécial. Bien que certaines poudres puissent se ressembler, les résultats publiés ne devraient pas être employés, car des poudres pratiquement identiques peuvent avoir des caractéristiques d’explosibilité très différentes. Une série d’essais peut aider à définir le risque d’explosion et elle devrait couvrir les points mentionnés ci-dessous.
Le test de classification détermine si un nuage de poussière peut s’enflammer et propager les flammes (Ebadat, 1994). Les poudres qui ont ces caractéristiques sont considérées comme des poudres de catégorie A. Les poudres qui ne s’enflamment pas constituent la catégorie B. Il faut alors soumettre les poudres de catégorie A à une autre batterie de tests afin d’évaluer leur potentiel d’explosi-bilité et de risque. Le test d’énergie d’inflammation minimale définit l’énergie minimale d’une étincelle pour l’allumage d’un nuage de poudre (Bartknecht, 1989).
Dans l’analyse de gravité des explosions, les poudres du groupe A sont testées sous la forme d’un nuage de poussière dans une sphère où la pression est mesurée pendant une explosion d’essai basée sur l’énergie d’inflammation minimale. La pression maximale d’explosion est définie en même temps que le taux de variation de la pression par unité de temps. A partir de cette information, la valeur caractéristique de l’explosion (Kst) en bars x mètres par seconde est déterminée et la catégorie d’explosion est définie (Bartknecht, 1989; Garzia et Senecal, 1996):
|
Kst(bar m/s) |
Catégorie d’explosion des poussières |
Force relative |
|
1-200 |
St 1 |
Relativement faible |
|
201-300 |
St 2 |
Forte |
|
301+ |
St 3 |
Très forte |
Un grand nombre de poudres ont été testées et la majorité d’entre elles faisaient partie de la catégorie St 1 (Bartknecht, 1989; Garzia et Senecal, 1996).
Dans le cas de l’évaluation des poudres ne formant pas de nuage, on procède à des essais pour déterminer quelles sont les procédures et conditions d’exploitation sûres.
Les essais de prévention des explosions peuvent être utiles dans le cas où des systèmes de suppression des explosions ne peuvent être installés. Ils renseignent sur les conditions souhaitables (Ebadat, 1994).
Le test de l’oxygène minimal définit la concentration d’oxygène au-dessous de laquelle la poussière ne s’enflamme pas (Fone, 1995). Il est possible d’empêcher l’inflammation en ajoutant un gaz inerte acceptable pour le procédé.
On détermine la concentration minimale de poussière afin d’établir le niveau d’exploitation au-dessous duquel l’inflammation ne se produit pas.
Les explosions résultent souvent de décharges électrostatiques; or, il existe divers essais pour déceler les dangers potentiels. Certains de ces essais visent à mesurer l’énergie minimale d’inflammation, les charges électriques des poudres et la résistivité. On peut prendre certaines mesures basées sur les résultats de ces essais pour prévenir les explosions. Par exemple, on peut faire augmenter le taux d’humidité, choisir d’autres matériaux de construction, effectuer correctement la mise à la terre, ajuster certains aspects de la conception de l’équipement et empêcher la formation d’étincelles (Bartknecht, 1989; Cesana et Siwek, 1995).
Il existe essentiellement deux méthodes pour limiter les explosions ou empêcher les fronts de se propager d’un endroit à l’autre, ou pour limiter une explosion à un élément de l’équipement. Il s’agit des agents extincteurs et des vannes d’isolement (Bartknecht, 1989; Cesana et Siwek, 1995; Garzia et Senecal, 1996). A partir des données relatives à la pression d’explosion tirées des essais sur la gravité des explosions, des capteurs à réponse rapide peuvent déclencher un agent extincteur ou refermer rapidement les vannes d’isolement. Il est possible de se procurer des agents extincteurs dans le commerce, mais la conception des injecteurs d’agent extincteur est très importante.
On installe fréquemment dans l’équipement où une explosion risque de se produire des évents d’explosion qui se rompent à une pression spécifique. Ces évents doivent être soigneusement conçus et la détente de la pression d’explosion orientée de telle façon que des travailleurs ne se trouvent pas à cet endroit. D’ailleurs, l’incidence de cette explosion sur l’équipement se trouvant sur la trajectoire de l’explosion devrait être analysée pour assurer la sécurité de celui-ci. Un écran peut être nécessaire.
Les produits, les intermédiaires et les sous-produits sont chargés dans des camions-citernes et des wagons-citernes (dans certains cas, selon l’endroit où sont situées les installations, des navires-citernes et des barges sont utilisés). L’emplacement des installations de chargement et de déchargement a son importance. Les produits transférés sont habituellement des liquides et des gaz. Des solides sont également manutentionnés à des endroits choisis selon le type transporté, le risque d’explosion et le degré de difficulté du transfert.
Il est très important de concevoir une méthode permettant de réduire au minimum les projections au moment du chargement des camions-citernes ou des wagons-citernes par les trappes situées sur le dessus. Si le tuyau de remplissage est placé très au-dessus du fond, des projections et la production de vapeurs ou d’émissions mixtes liquide-vapeur résulteront des opérations de remplissage. On peut réduire les projections et la production de vapeurs en plaçant l’embouchure du tuyau de remplissage bien au-dessous de la surface du liquide. On insère habituellement le tuyau de remplissage dans la citerne à une distance minimale du fond. Puisque le remplissage avec un liquide déplace habituellement de la vapeur, des vapeurs toxiques peuvent constituer un danger pour la sécurité et la santé. Par conséquent, les vapeurs devraient être collectées. Il existe sur le marché des bras de remplissage munis de tuyaux pour le remplissage à grande profondeur et qui traversent un couvercle spécial posé sur la trappe (Lipton et Lynch, 1994). En outre, un tuyau collecteur de vapeurs est installé un peu au-dessous du couvercle. A l’extrémité amont du bras, la sortie de vapeur est reliée à un dispositif de récupération (par exemple, un absorbeur ou un condenseur), ou la vapeur peut être retournée au réservoir de stockage par transfert de l’équilibre de vapeur (Lipton et Lynch, 1994).
Dans le cas d’un réservoir à trappes ouvertes de camion-citerne, le bras est levé pour permettre l’égouttage dans la citerne, et une partie du liquide contenu dans le bras peut être poussé à l’azote pendant que le bras est retiré; néanmoins, les tuyaux de remplissage devraient rester dans l’ouverture de la trappe. Quand le bras de remplissage sort de la trappe, un godet devrait être placé sous l’embouchure pour recueillir les gouttes.
De nombreux wagons-citernes sont munis de trappes fermées équipées de cannes de remplissage descendant très près du fond et d’un collecteur de vapeur séparé. Par un bras qui se prolonge jusqu’à la trappe fermée, le liquide est chargé et la vapeur est recueillie de la même façon que dans le cas de la trappe ouverte. Dans les systèmes de chargement de wagons, après la fermeture du robinet d’alimentation du bras, de l’azote est injecté en amont pour chasser le liquide restant dans le bras dans le wagon avant que le robinet de remplissage de ce dernier ne soit fermé (Lipton et Lynch, 1994).
Un grand nombre de camions-citernes sont remplis par le fond, de manière à limiter la production de vapeur (Lipton et Lynch, 1994). Les tuyaux de remplissage peuvent être des tuyaux spéciaux ou des bras manœuvrables. Des raccords rapides sont posés aux extrémités du tuyau ou du bras et sur les raccordements au fond du camion-citerne. Quand celui-ci est rempli et que le tuyau se ferme automatiquement, le bras ou le tuyau sont enlevés du raccord rapide, qui se ferme alors automatiquement. De nouveaux raccords ont été conçus de manière à éliminer presque complètement les fuites.
Dans le cas du chargement par le fond, la vapeur est recueillie par un évent supérieur et conduite par un tuyau externe qui se termine près du fond (Lipton et Lynch, 1994). Cela permet aux travailleurs d’avoir accès aux raccords du tuyau servant à acheminer la vapeur. La vapeur recueillie, dont la pression est légèrement supérieure à celle de l’atmosphère, doit être dirigée vers un dispositif de récupération (Lipton et Lynch, 1994). Ces dispositifs sont choisis en fonction de leur prix initial, de leur efficacité, de leur entretien et de leur exploitabilité. D’une façon générale, le système de récupération est préférable à une torchère, qui détruit les vapeurs récupérées.
Dans les camions-citernes, des jauges indiquent en permanence si le niveau de remplissage a été atteint et commandent la fermeture d’une vanne télécommandée qui interrompt le remplissage (Lipton et Lynch, 1994). Il peut y avoir plus d’une jauge dans le camion-citerne, comme dispositif redondant, afin de vérifier que le camion n’est pas trop rempli. Un remplissage excessif peut occasionner de sérieux problèmes de sécurité et de santé.
Les wagons-citernes destinés à l’expédition de produits chimiques possèdent souvent des jauges internes. Dans les wagons non spécialisés, un compteur de débit mesure la quantité de liquide déversée dans le wagon et ferme automatiquement la vanne de coupure quand une quantité prédéterminée est atteinte (Lipton et Lynch, 1994). Avec les deux types de citernes, il faut vérifier au préalable si elles contiennent déjà du liquide avant le remplissage. De nombreux wagons sont munis de jauges manuelles pouvant être utilisées à cette fin. Cependant, lorsqu’on ne peut voir le niveau qu’en ouvrant une petite ouverture destinée à la tige de jaugeage, cette opération ne devrait être effectuée que dans des conditions contrôlées et approuvées, en raison de la toxicité de certains des produits chimiques transportés.
Si les produits chimiques ont une tension de vapeur très élevée et si le wagon ou le camion présentent une pression relativement haute, le produit chimique est déchargé sous sa propre tension de vapeur. Si celle-ci tombe à un niveau qui nuit au déchargement, de l’azote peut être injecté pour maintenir une pression satisfaisante. La vapeur émise par un réservoir contenant le même produit chimique peut également être comprimée et injectée pour élever la pression.
Pour les produits chimiques toxiques qui ont une tension de vapeur relativement basse, comme le benzène, le liquide est déchargé sous pression d’azote, ce qui élimine le pompage et simplifie le système (Lipton et Lynch, 1994). Les camions-citernes et les wagons-citernes utilisés à cette fin sont conçus pour résister aux pressions et aux variations de pression qui se produisent. Cependant, on maintient une pression plus basse après le déchargement d’un réservoir jusqu’à ce qu’il soit rempli de nouveau; la pression est rétablie au cours du remplissage. On peut ajouter de l’azote si une pression suffisante n’a pas été atteinte pendant le chargement.
Un des problèmes liés aux opérations de chargement et de déchargement est la vidange et la purge des tuyaux et de l’équipement. Les systèmes de récupération clos, en particulier ceux situés au point le plus bas, sont nécessaires lorsqu’on utilise des purges à l’azote pour enlever toute trace de produits chimiques toxiques. Ces produits peuvent être recueillis dans un fût et retournés à un service de réception ou de récupération (Lipton et Lynch, 1994).
L’électrolyse des saumures produit du chlore et de la soude ou de la potasse. Le chlorure de sodium (NaCl) est le sel principalement utilisé; on en tire la soude caustique (NaOH). Cependant, l’utilisation du chlorure de potassium (KCl) produit la potasse caustique (KOH).
Cl2 
+ 2 NaOH + H2 chlore (gazeux) + soude caustique + hydrogène (gazeux)A l’heure actuelle, les cellules à diaphragme sont les plus utilisées pour la production commerciale de chlore, suivies des cellules au mercure et, enfin, des cellules à membrane. Pour des raisons économiques, environnementales et de qualité du produit, les fabricants préfèrent maintenant les cellules à membrane pour leurs nouvelles usines.
Une cellule à diaphragme comporte un compartiment alimenté en saumure saturée et muni d’une anode en titane revêtue de sels de ruthénium et d’autres métaux (voir figure 77.4). Une tête de cellule en plastique recueille le chlore gazeux chaud et humide produit à cette anode. A l’aide d’un compresseur, le chlore est aspiré dans un collecteur pour la suite du traitement, c’est-à-dire refroidissement, séchage et compression. L’eau et la saumure n’ayant pas réagi percolent à travers un séparateur à diaphragme poreux jusque dans le compartiment cathodique, où l’eau réagit sur une cathode en acier pour produire de l’hydroxyde de sodium (soude caustique) et de l’hydrogène. Le diaphragme sépare le chlore produit à l’anode de l’hydroxyde de sodium et de l’hydrogène produits à la cathode. Si ces produits se combinent, on obtient de l’hypochlorite de sodium (agent de blanchiment) ou du chlorate de sodium. Les producteurs commerciaux de chlorate de sodium utilisent des cellules sans séparateurs. Le diaphragme le plus courant est un composite fait d’amiante et d’un polymère fluorocarboné. Les usines modernes équipées de cellules à diaphragme ne connaissent pas les problèmes de santé ou de protection de l’environnement autrefois associés à l’utilisation des diaphragmes d’amiante. Certaines usines utilisent des diaphragmes sans amiante, qui existent maintenant sur le marché. Les cellules à diaphragme produisent une solution diluée d’hydroxyde de sodium contenant du sel n’ayant pas réagi. Une étape supplémentaire d’évaporation concentre la soude caustique et enlève la majeure partie du sel pour fournir une soude caustique de qualité commerciale.
Une cellule au mercure se compose en réalité de deux cellules électrochimiques. La réaction dans la première cellule, à l’anode, est la suivante:
Cl2 + 2 e– chlore + électronsLa réaction dans la première cellule à la cathode est la suivante:
Na · Hg amalgame de sodiumLa saumure s’écoule dans un conduit incliné en acier dont les côtés sont garnis de caoutchouc (voir figure 77.4). Le mercure, la cathode, s’écoule sous la saumure. Des anodes de titane enduit sont suspendues dans la saumure pour produire le chlore, qui sort de la cellule pour se diriger vers un système de collecte et de traitement. Du sodium est électrolysé dans la cellule et quitte la première cellule, amalgamé au mercure. Cet amalgame entre dans une deuxième cellule électrochimique appelée décomposeur. Ce décomposeur est muni d’une cathode ne graphite et d’une anode en amalgame. La réaction dans le décomposeur est la suivante: 2 Na · Hg + 2H2O 2 NaOH + 2 Hg + H2
Les cellules au mercure produisent directement du NaOH de qualité commerciale (50%).
Les réactions électrochimiques dans une cellule à membrane sont les mêmes que dans la cellule à diaphragme. Une membrane échangeuse de cations est utilisée au lieu du diaphragme poreux (voir figure 77.4). Cette membrane empêche la migration des ions chlorure dans le catholyte, produisant de ce fait de 30 à 35% de soude caustique pratiquement exempte de sel directement à partir de la cellule. Comme il n’est plus nécessaire d’enlever le sel, l’évaporation de la soude jusqu’à l’obtention de la concentration commerciale de 50% est simplifiée et exige ainsi moins d’investissement et d’énergie. De coûteuses cathodes en nickel sont employées dans la cellule à membrane étant donné que la soude caustique est plus concentrée.
Aux températures ordinaires, le chlore sec, qu’il soit à l’état liquide ou gazeux, ne corrode pas l’acier. Le chlore humide est fortement corrosif parce qu’il forme des acides chlorhydrique et hypochloreux. Des précautions devraient être prises pour que le chlore et l’équipement restent secs. La tuyauterie, les robinets et les réservoirs devraient être fermés ou recouverts quand ils ne sont pas en service afin d’éviter l’infiltration de l’humidité ambiante. Si on utilise de l’eau sur une fuite de chlore, la corrosion qui en résultera ne fera qu’aggraver la fuite.
Le volume du chlore liquide augmente avec la température. Des précautions devraient être prises pour éviter la rupture hydrostatique de la tuyauterie, des réservoirs ou de tout autre équipement rempli de chlore liquide.
L’hydrogène est un coproduit du chlore obtenu par électrolyse de solutions aqueuses de saumure. Dans une marge connue de concentration, les mélanges de chlore et l’hydrogène sont inflammables et potentiellement explosifs. La réaction du chlore et de l’hydrogène peut être déclenchée par la lumière directe du soleil, d’autres sources de lumière ultraviolette, l’électricité statique ou une percussion.
De petites quantités de trichlorure d’azote, composé instable et fortement explosif, peuvent être produites lors de la fabrication du chlore. Quand du chlore liquide contenant du trichlorure d’azote s’évapore, le trichlorure d’azote peut atteindre des concentrations dangereuses dans le chlore liquide restant.
Le chlore peut réagir, parfois de façon explosive, avec un certain nombre de matières organiques comme l’huile et la graisse provenant de sources telles que les compresseurs d’air, les vannes, les pompes et l’instrumentation à diaphragmes, ainsi que le bois et les chiffons employés pour l’entretien.
Au premier signe d’émanations de chlore, des mesures doivent être prises. Les fuites de chlore vont toujours en empirant si elles ne sont pas rapidement corrigées. Quand une fuite de chlore se produit, du personnel autorisé et qualifié, équipé d’appareils respiratoires et d’équipements de protection individuelle appropriés devrait faire une enquête et prendre les mesures qui s’imposent. Les travailleurs ne devraient pas pénétrer dans un endroit dont l’air ambiant contient des concentrations de chlore qui dépassent le seuil constituant un danger immédiat pour la vie ou la santé (Immediately Dangerous to Life and Health (IDLH) — 10 ppm) sans équipement de protection individuelle approprié et en l’absence de personnel prêt à intervenir pour porter secours. Seules les personnes indispensables au bon déroulement des opérations doivent être autorisées à rester; les autres devraient être éloignées et la zone dangereuse, isolée. Les individus pouvant avoir été exposés à une émission de chlore devraient être évacués ou abrités sur place, selon les circonstances.
Des détecteurs localisés de chlore et des indicateurs de direction du vent peuvent fournir de l’information utile (par exemple, voies de sorties) afin de déterminer si le personnel doit être évacué ou abrité sur place.
En cas d’évacuation, les personnes qui peuvent avoir été exposées devraient se déplacer au vent par rapport à la fuite. Puisque le chlore est plus lourd que l’air, il est préférable de se placer en terrain plus élevé. Pour quitter les lieux le plus rapidement possible, ceux et celles qui se trouvent déjà dans un secteur contaminé devraient se déplacer à vent latéral.
Si on choisit de rester sur place, il faut fermer toutes les fenêtres, portes et autres ouvertures, les climatiseurs et autres prises d’air. Les travailleurs devraient se déplacer du côté du bâtiment le plus éloigné de l’émission.
Il faut s’assurer que personne ne restera bloqué, sans possibilité de sortie. Une position qui était sûre peut devenir dangereuse si la direction du vent change. De nouvelles fuites peuvent également se produire ou la fuite existante s’aggraver.
En cas d’incendie ou d’incendie imminent, les réservoirs de chlore et l’équipement qui en contient devraient être éloignés du feu, si possible. Si un réservoir ou un appareil qui ne fuit pas ne peut être déplacé, il devrait être tenu au frais par aspersion d’eau. Il ne faut pas appliquer d’eau directement sur une fuite de chlore. Le chlore et l’eau réagissent en formant des acides et la fuite ne tarderait pas à s’aggraver. Cependant, en présence de plusieurs réservoirs dont certains fuient, il peut être prudent d’asperger d’eau ceux qui ne fuient pas pour éviter une surpression.
Chaque fois que des capacités ont été exposées aux flammes, il conviendrait de projeter de l’eau de refroidissement bien longtemps après que l’incendie aura été éteint et que les réservoirs seront refroidis. Les capacités exposées au feu devraient être isolées et le fournisseur être contacté le plus tôt possible.
Les solutions d’hydroxyde de sodium sont corrosives, particulièrement sous forme concentrée. Le personnel risquant d’être exposé à des déversements et à des fuites devrait porter des gants, un écran facial, des lunettes ainsi que des vêtements de protection.
Remerciements: les auteurs remercient le docteur R.G. Smerko, qui a mis à leur disposition les ressources du Chlorine Institute, Inc.
* Adapté de National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), 1984.
Les peintures et les produits de revêtement regroupent les peintures, les vernis, les laques, les teintures, les encres d’imprimerie et autres. Les peintures traditionnelles se composent d’une dispersion de particules de pigment dans un véhicule constitué d’une substance filmogène ou d’un liant (habituellement une huile ou une résine) et d’un diluant (habituellement un solvant volatil). En outre, une grande variété de charges et d’autres additifs sont utilisés. Un vernis est une solution d’huile et de résine naturelle dans un solvant organique. Des résines synthétiques peuvent également être employées. Les laques sont des revêtements formant une pellicule qui sèche ou durcit uniquement par évaporation du solvant.
Les peintures traditionnelles renfermaient moins de 70% de solides, le reste étant la plupart du temps formé de solvants. Les réglementations concernant la pollution atmosphérique limitant la quantité de solvants qui peuvent être rejetés dans l’atmosphère ont eu comme conséquence le développement d’une grande variété de peintures de remplacement contenant peu ou pas de solvants organiques. Il s’agit des peintures latex à base d’eau, des peintures catalysées à deux composants (par exemple, systèmes époxy ou uréthane), des peintures à haute teneur en solides (plus de 70%), y compris celles au plastisol principalement constituées de pigments et de plastifiants, des peintures durcissant sous rayonnements et des peintures en poudre.
Selon l’Institut national de la sécurité et de la santé au travail américain (National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)), environ 60% des fabricants de peinture emploient moins de 20 personnes, et seulement 3% d’entre eux comptent plus de 250 employés. On peut s’attendre que ces statistiques soient représentatives de l’ensemble des fabricants de peinture du monde entier. Ces chiffres indiquent une prédominance des petits ateliers, dont la plupart ne disposeraient pas d’une expertise interne en matière de sécurité et de santé.
En général, la fabrication des peintures et des autres produits de revêtement comprend une série d’opérations unitaires, où interviennent peu de réactions chimiques, voire aucune, et qui sont pour la plupart mécaniques. Cette fabrication consiste à réunir des matières premières, à les mélanger, à les disperser, à les diluer et à les ajuster, à remplir des conteneurs et à les entreposer.
Les matières premières utilisées dans la fabrication des peintures peuvent être des liquides, des solides, des poudres ou des pâtes. Ces ingrédients sont pesés manuellement et prémélangés. Les particules agglomérées de pigments doivent être réduites à leur taille originale et être mouillées avec le liant de manière à être dispersées dans la matrice liquide. Cette dispersion, appelée broyage, fait appel à divers types d’équipement, notamment des disperseurs ultrarapides, des mélangeurs de pâte, des broyeurs à boulets, des broyeurs à sable, des broyeurs à trois cylindres, des malaxeurs à hélice, etc. Après un passage initial pouvant aller jusqu’à quarante-huit heures, de la résine est ajoutée à la pâte et le broyage se poursuit pendant une période plus courte. La matière dispersée est alors transférée par gravité vers un réservoir où d’autres matières comme des substances de nuançage peuvent être ajoutées. Dans le cas des peintures en phase aqueuse, le liant est habituellement ajouté à cette étape. La pâte est ensuite diluée avec de la résine ou du solvant, filtrée et de nouveau transférée par gravité vers le secteur de conditionnement. Le conditionnement peut être fait manuellement ou mécaniquement.
Après le stade de dispersion, il peut être nécessaire de nettoyer les réservoirs et les mélangeurs avant l’introduction d’un nouveau lot. On se sert alors d’outils à main ou mécaniques, ainsi que de nettoyants alcalins et de solvants.
La production de laque est habituellement effectuée dans des équipements fermés tels que des réservoirs ou des mélangeurs afin de réduire au minimum l’évaporation du solvant, ce qui aurait pour effet le dépôt d’un film sec de laque. Par ailleurs, on produit la laque de la même manière que la peinture.
La fabrication des vernis oléorésineux comprend la cuisson de l’huile et de la résine pour les rendre plus compatibles afin de susciter la formation de molécules de masse moléculaire élevée ou de polymères et d’augmenter la solubilité dans le solvant. Les anciennes usines emploient parfois des cuves chauffantes mobiles et ouvertes à cette fin. La résine et l’huile ou la résine seule sont placées dans la cuve et chauffées à environ 316 °C. Les résines naturelles doivent être chauffées avant l’ajout des huiles. Les matières sont ajoutées par le haut de la cuve. Pendant la cuisson, cette dernière est surmontée d’une hotte d’évacuation réfractaire. Après la cuisson, les cuves sont transportées dans des pièces où elles sont rapidement refroidies, souvent par jet d’eau, et où le diluant et des siccatifs sont ajoutés.
Dans les usines modernes, on utilise de grands réacteurs fermés dont la capacité varie de 2 000 à 30 000 litres environ. Ces réacteurs sont semblables à ceux du secteur de l’industrie chimique. Ils sont équipés d’agitateurs, de regards vitrés, de tuyauteries pour les opérations de remplissage et de vidage, de condenseurs, de jauges de température, de sources de chaleur, etc.
Tant dans les usines anciennes que modernes, la résine diluée est filtrée, étape finale avant le conditionnement. Cette opération se fait normalement pendant que la résine est encore chaude, habituellement à l’aide d’un filtre-presse.
Les poudres de revêtement ne contiennent pas de solvant et sont basées sur la fonte et la fusion de la résine et d’autres particules d’additifs à la surface d’objets chauffés. Les poudres de revêtement peuvent être thermodurcissables ou thermoplastiques; elles comprennent des résines comme les époxy, le polyéthylène, les polyesters, le poly(chlorure de vinyle) et les acryliques.
La méthode de fabrication la plus courante consiste à mélanger à sec des ingrédients en poudre et à extruder le mélange fondu (voir figure 77.5). La résine sèche (le liant), le colorant, la charge et les additifs sont pesés et transférés vers un prémélangeur. Ce procédé est similaire aux opérations de mélangeage à sec utilisées dans la fabrication du caoutchouc. Après cette étape, la matière est introduite dans une extrudeuse et chauffée jusqu’à ce qu’elle fonde. La matière fondue est extrudée sur un convoyeur refroidissant, puis transférée vers un granulateur. La matière granulée passe dans un broyeur fin et est ensuite tamisée pour obtenir la granulométrie souhaitée. La poudre de revêtement est alors empaquetée.
En général, les principaux dangers associés à la fabrication de peinture et de produits de revêtements proviennent de la manutention des produits; des substances toxiques, inflammables ou explosives; et des agents physiques comme les chocs électriques, le bruit, la chaleur et le froid.
La manutention manuelle des caisses, des fûts et des conteneurs de matières premières et de produits finis est la principale cause de blessures dues à une mauvaise méthode de levage, aux glissades, chutes, chutes d’emballages, etc. Parmi les précautions à prendre, on compte des moyens de prévention technique et des mesures d’ergonomie comme les aides à la manutention (galets, crics et plates-formes) et l’équipement mécanique (convoyeurs, palans et chariots élévateurs à fourche), les planchers antidérapants, l’équipement de protection individuelle (chaussures de sécurité, par exemple) et la formation appropriée au soulèvement manuel et aux autres techniques de manutention.
Les dangers chimiques sont liés à l’exposition à des poussières toxiques comme le pigment de chromate de plomb, qui peut se produire au cours de la pesée, du remplissage du mélangeur et des trémies des broyeurs, de l’utilisation d’équipement sans enceinte de confinement, du remplissage de pots de peinture en poudre, du nettoyage de l’équipement et d’épandages accidentels. La fabrication des poudres de revêtement peut entraîner l’exposition à des quantités élevées de poussières. Par mesure de précaution, on peut remplacer les poudres par des pâtes, avoir recours à la ventilation par aspiration localisée pour l’ouverture des sacs de poudre (voir figure 77.6), isoler l’équipement de fabrication, appliquer les procédures de nettoyage des déversements et protéger les voies respiratoires si nécessaire.
Une grande variété de solvants volatils sont employés dans la fabrication des peintures et des produits de revêtement, y compris des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, des alcools, des cétones, etc. On trouve habituellement les solvants les plus volatils dans les laques et vernis. L’exposition aux vapeurs de solvants peut se produire pendant la dilution dans le cas de la fabrication de peinture à base de solvant; au moment du remplissage des cuves de réaction (particulièrement des anciennes cuves chauffantes) lors de la fabrication de vernis; pendant le remplissage des conteneurs de tous les revêtements à base de solvant; au cours du nettoyage manuel de l’équipement de fabrication avec des solvants. L’isolement de l’équipement comme les réacteurs de fabrication de vernis et les mélangeurs de laque dans des enceintes permet habituellement de réduire l’exposition aux solvants, sauf en cas de fuite. Parmi les précautions à prendre, notons l’isolement de l’équipement de fabrication dans des enceintes, la ventilation par aspiration localisée pour les opérations de dilution et de remplissage et l’utilisation d’appareils de protection respiratoire et de méthodes de travail en espace clos pour le nettoyage des cuves.
Les autres dangers pour la santé sont l’inhalation ou le contact cutané avec des isocyanates utilisés dans les peintures et les produits de revêtement à base de polyuréthane; avec des acrylates, d’autres monomères et des photo-initiateurs employés dans certains revêtements durcissant sous rayonnement; avec l’acroléine et d’autres émissions gazeuses lors de la cuisson des vernis; avec des agents de réticulation et d’autres additifs contenus dans les poudres de revêtement. Parmi les précautions, on compte l’isolement, la ventilation par aspiration localisée, le port de gants, d’autres vêtements de protection et d’équipements de protection individuelle, la formation au risque chimique et les bonnes pratiques de travail.
Les solvants inflammables, les poudres combustibles (particulièrement la nitrocellulose utilisée dans la production des laques) et les huiles présentent tous des risques d’incendie ou d’explosion en cas d’étincelle ou d’exposition à des températures élevées. Les sources d’inflammation possibles sont l’appareillage électrique défectueux, le tabagisme, le frottement, les flammes nues, l’électricité statique, etc. Les chiffons imbibés d’huile peuvent être une source de combustion spontanée. Parmi les précautions, on compte la mise à la terre des conteneurs pendant le transfert de liquides inflammables, la mise à la terre de l’équipement (par exemple des broyeurs à boulets contenant des poussières combustibles), la ventilation pour maintenir les concentrations en vapeurs en deçà de la limite inférieure d’explosibilité, le capotage des capacités inutilisées, l’élimination des sources d’inflammation, l’utilisation d’outils antiétincelle en métaux non ferreux à proximité des matières inflammables ou combustibles et le bon entretien des locaux.
Les broyeurs à boulets et à galets, ainsi que les disperseurs à grande vitesse et les tamis vibrants utilisés pour le filtrage peuvent constituer une nuisance sonore importante. Par mesure de précaution, on peut avoir recours à des amortisseurs de vibration et à d’autres moyens de prévention technique, au remplacement de l’équipement bruyant, au bon entretien de l’équipement, à l’isolement de la source de bruit et à un programme de protection de l’ouïe.
D’autres dangers sont liés à la mauvaise protection des machines, source courante de blessures. Les dangers de chocs électriques posent un problème particulier en l’absence de procédures appropriées de consignation/déconsignation lors de l’entretien et de la réparation d’équipement. Enfin, des brûlures peuvent résulter du contact avec les cuves de cuisson des vernis, des éclaboussures ou de la colle chaude utilisée pour les emballages et les étiquettes.
* Adapté de la 3e édition de l'Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
L’industrie des plastiques est divisée en deux secteurs principaux ayant entre eux des rapports présentés à la figure 77.7. Le premier secteur est composé des fournisseurs de matières premières qui fabriquent des polymères et des mélanges à mouler à partir des substances intermédiaires qu’ils produisent parfois eux-mêmes. Pour ce qui est du capital investi, ce secteur est habituellement le plus important des deux. Le deuxième secteur se compose des transformateurs qui convertissent les matières premières en articles commercialisables en utilisant divers procédés tels que l’extrusion et le moulage par injection. D’autres secteurs incluent les fabricants de machines qui fournissent l’équipement aux transformateurs et les fournisseurs d’additifs spéciaux pour l’industrie.
On peut classer les matières plastiques en deux grandes catégories: les thermoplastiques, qui peuvent être ramollis à plusieurs reprises sous l’action de la chaleur, et les thermodurcissables, qui subissent une modification chimique lors du chauffage et du façonnage et ne peuvent plus être remodelés par la suite sous l’action de la chaleur. Il est possible de fabriquer des centaines de polymères possédant des propriétés très différentes, mais seulement vingt d’entre eux constituent environ 90% de la production mondiale. Les thermoplastiques sont les plus nombreux, et leur production augmente plus rapidement que celle des thermodurcissables. En ce qui concerne la quantité produite, les thermoplastiques les plus importants sont les polyéthylènes à haute et à faible densité et le polypropylène (les polyoléfines), le poly(chlorure de vinyle) (PVC) et le polystyrène.
Les résines thermodurcissables importantes sont les résines phénol-formaldéhyde et urée-formaldéhyde. Elles se présentent soit sous forme de résines, soit sous forme de poudres à mouler. Les résines époxy, les polyesters insaturés et les polyuréthanes jouent également un rôle important. Un plus petit volume de «plastiques techniques», par exemple les polyacétals, les polyamides et les polycarbonates, rendent de grands services dans des applications pointues.
L’expansion considérable de l’industrie des plastiques après la seconde guerre mondiale a été grandement facilitée par l’élargissement de la gamme des matières premières de base qui l’alimentent; la disponibilité et le prix des matières premières sont cruciaux pour n’importe quelle industrie qui se développe rapidement. Les matières premières traditionnelles n’auraient pu fournir suffisamment d’intermédiaires à un coût acceptable pour faciliter la production commerciale rentable de matières plastiques à grande échelle, et c’est le développement de l’industrie pétrochimique qui a rendu la croissance possible. Comme matière première, le pétrole abonde; il est facile à transporter, à manutentionner et il était, jusqu’à la crise pétrolière des années soixante-dix, relativement bon marché. Par conséquent, dans le monde entier, l’industrie des plastiques est principalement liée à l’utilisation des intermédiaires obtenus à partir du craquage du pétrole et du gaz naturel. Les matières premières non traditionnelles comme la biomasse et le charbon n’ont pas encore eu un impact important sur l’approvisionnement de l’industrie des plastiques.
L’organigramme de la figure 77.8 illustre la polyvalence des matières premières tirées du pétrole brut et du gaz naturel en tant que points de départ pour les matériaux importants que sont les plastiques thermodurcissables et thermoplastiques. Après la première distillation du pétrole brut, le naphte est craqué ou reformé pour fournir des intermédiaires utiles. Ainsi, l’éthylène produit par le procédé de craquage sert immédiatement à la fabrication du polyéthylène ou à un autre procédé qui fournit un monomère, le chlorure de vinyle — la base du PVC. Le propylène, qui se forme également pendant le craquage, est employé, après transformation par voie du cumène ou de l’alcool isopropylique, pour la fabrication de l’acétone nécessaire pour le poly(méthacrylate de méthyle); il est également employé dans la fabrication de l’oxyde de propylène pour les résines de polyester et de polyéther, et peut être polymérisé directement de nouveau pour donner du polypropylène. Les butènes ont des applications dans la fabrication des plastifiants, et le 1,3-butadiène est utilisé directement pour la fabrication du caoutchouc synthétique. Des hydrocarbures aromatiques tels que le benzène, le toluène et le xylène sont maintenant largement produits à partir des dérivés des opérations de distillation du pétrole plutôt que par la cokéfaction du charbon; ainsi que le montre l’organigramme, ces produits sont des intermédiaires dans la fabrication de matières plastiques importantes et de produits auxiliaires comme les plastifiants. Les hydrocarbures aromatiques constituent également un point de départ pour beaucoup de polymères utilisés dans l’industrie des fibres synthétiques, dont certaines sont présentées ailleurs dans la présente Encyclopédie.
Beaucoup de procédés extrêmement différents contribuent à la production d’un article fini fabriqué tout ou en partie en plastique. Quelques-uns d’entre eux sont purement chimiques; d’autres font intervenir des procédures de mélange exclusivement mécanique, tandis que d’autres encore — en particulier ceux qui se trouvent au bas du diagramme — font beaucoup appel à de l’appareillage spécialisé. Certaines de ces machines ressemblent à celles que l’on utilise dans les industries du caoutchouc, du verre, du papier et des textiles; les autres sont propres à l’industrie des plastiques.
L’industrie de la plasturgie convertit les matières polymères en vrac en produits finis.
Le secteur plasturgie de l’industrie des plastiques reçoit ses matières premières sous les formes suivantes:
La fabrication d’un «compound» à partir d’un polymère consiste à mélanger le polymère avec des additifs. Bien qu’une grande variété de machines soient utilisées à cette fin, lorsqu’on travaille avec des poudres, les broyeurs à boulets ou les agitateurs à hélices à grande vitesse sont les plus courants; pour le mélangeage de pâtes de plastique, des appareils de malaxage tels que les mélangeurs à rouleaux ou de type Banbury ou les extrudeuses elles-mêmes, sont normalement utilisés.
Les additifs utilisés par l’industrie sont nombreux et de natures chimiques variées. Parmi une vingtaine de catégories, les plus importantes sont les suivantes:
Tous les procédés de transformation font appel aux propriétés «plastiques» des polymères et se répartissent en deux types. Dans un cas, le polymère est amené par la chaleur à un état plastique pour être soumis à une constriction mécanique qui lui donne une forme qu’il conservera au cours de la consolidation et du refroidissement. Dans l’autre cas, une matière polymérisable — qui peut être en partie polymérisée — est entièrement polymérisée sous l’action de la chaleur, d’un catalyseur, ou des deux à la fois, tout en étant soumis à une contrainte mécanique visant à lui imprimer une forme qu’elle conservera quand elle sera entièrement polymérisée et refroidie. La technologie des plastiques s’est développée pour exploiter ces propriétés et produire des biens avec le minimum d’effort humain et le maximum d’uniformité dans les propriétés physiques. Les procédés décrits ci-après sont fréquemment utilisés.
Ce procédé consiste à chauffer une matière plastique, qui peut se trouver sous la forme de granules ou de poudre, dans un moule placé dans une presse. Quand la substance devient «plastique», sous l’action de la pression, elle prend la forme du moule. Si l’on a affaire à un plastique qui durcit en chauffant, on retire l’article formé, après un bref chauffage, en ouvrant la presse. Pour les autres types de plastique, on doit procéder au refroidissement avant l’ouverture de la presse. Les articles produits au moyen du moulage par compression sont entre autres les capsules pour bouteilles, les fermetures de bocaux, les prises et les douilles électriques, les sièges de toilette, les plateaux et les bibelots. Le moulage par compression sert également à la fabrication de feuilles utilisées par la suite pour le formage sous vide ou pour la fabrication de réservoirs et autres grands conteneurs par soudage ou par revêtement de réservoirs existants en métal.
Cette méthode est une variante du moulage par compression. La matière thermodurcissable est chauffée dans une cavité puis poussée par un piston dans le moule qui est physiquement séparé et chauffé indépendamment de la cavité. On préfère cette méthode au moulage par compression quand l’article final doit recevoir des insertions métalliques fragiles comme de l’appareillage de connexion ou quand, comme dans les objets très épais, la réaction chimique ne pourrait être complète si on utilisait la méthode de moulage par compression ordinaire.
Dans ce procédé, des granules ou des poudres de plastiques sont chauffés dans un cylindre, qui est séparé du moule. La matière est chauffée jusqu’à ce qu’elle devienne liquide, pendant qu’elle est transportée par une vis hélicoïdale à travers le cylindre et forcée dans le moule où elle refroidit et durcit. Le moule est alors ouvert mécaniquement et les articles formés retirés (voir figure 77.9). Ce procédé est l’un des plus importants dans l’industrie des plastiques. Il a fait l’objet d’un développement intensif et peut maintenant être utilisé pour produire des articles d’une complexité considérable à un coût très bas.
Les moulages par transfert et par injection sont identiques en principe, mais les machines utilisées sont très différentes. Le moulage par transfert se limite normalement aux matières thermodurcissables, et l’injection, aux matières thermoplastiques.
L’extrusion est le procédé suivant lequel une machine ramollit un plastique et le pousse à travers une filière qui lui imprime la forme qu’il garde en refroidissant. L’extrusion produit des tubes ou des barres qui peuvent avoir des coupes transversales de pratiquement n’importe quelle forme (voir figure 77.10). On produit de cette façon des tubes destinés à des utilisations industrielles ou domestiques, mais d’autres articles peuvent être fabriqués par des procédés auxiliaires. Par exemple, il est possible de fabriquer des sachets en coupant des tubes et en scellant les deux extrémités, et des sacs à partir de tubes flexibles à parois minces que l’on coupe et dont on scelle une extrémité.
Il existe deux types d’extrusion: celle qui produit une feuille plate, pouvant être transformée en produits utiles grâce à d’autres procédés, par exemple le formage sous vide; et celle qui consiste à façonner le tube extrudé et à le gonfler pendant qu’il est encore chaud, en maintenant de l’air sous pression à l’intérieur du tube. On obtient ainsi un tube pouvant atteindre plusieurs pieds de diamètre, avec une paroi très mince. Si on le fend, ce tube donne une pellicule largement utilisée dans l’industrie de l’emballage. Il peut aussi être plié pour donner une feuille à double épaisseur qui peut servir à fabriquer des sacs simples par coupage et scellage. La figure 77.11 montre un système de ventilation approprié pour l’extrusion.
Cette technique consiste à faire passer un plastique entre deux ou plusieurs rouleaux chauffés pour le transformer en feuille avant de le refroidir. La feuille fabriquée selon cette méthode est plus épaisse qu’une pellicule; elle est utilisée dans des applications industrielles et domestiques et comme matière première dans la fabrication de vêtements et des produits gonflables tels que les jouets (voir figure 77.12).
Ce procédé peut être considéré comme une combinaison de l’extrusion et du thermoformage. Un tube est extrudé vers le bas dans un moule ouvert; quand il atteint le fond, le moule se referme sur lui et le tube est gonflé avec de l’air sous pression. Le plastique vient donc se coller aux parois du moule et le dessus et le fond sont scellés. Quand il a refroidi, l’article est retiré du moule. Ce procédé sert à fabriquer des articles creux, surtout des bouteilles.
La résistance à la compression et aux chocs de certains produits en plastique moulés par soufflage peut être considérablement améliorée par l’utilisation de techniques de moulage par étirage-soufflage. On produit une préforme que l’on soumet ensuite à une expansion sous pression d’air et à un étirement biaxial. Cette technique a permis d’améliorer la résistance à la pression d’éclatement des bouteilles de PVC à un point tel qu’elles sont maintenant employées pour les boissons gazeuses.
Le rotomoulage est employé pour la production d’articles moulés par chauffage et refroidissement d’une forme creuse que l’on fait tourner pour permettre à la gravité de répartir une poudre fine ou un liquide sur la surface interne de cette forme. Les articles produits par cette méthode sont entre autres les ballons de football, les poupées et autres articles semblables.
En plus du procédé d’extrusion, on peut former des films en extrudant un polymère chaud sur un tube de métal très poli, ou une solution de polymère peut être pulvérisée sur une bande mobile.
Le couchage du papier est une application importante de certains plastiques. Une pellicule de plastique fondu est extrudée sur du papier dans des conditions où le plastique adhère au papier. Le carton peut être couché de la même manière. Le papier et le carton ainsi traités sont largement utilisés dans l’empaquetage, et le carton de ce type sert aussi à fabriquer des boîtes.
Sous cette rubrique, on regroupe un certain nombre de procédés qui consistent à chauffer une feuille de matière plastique, le plus souvent thermoplastique, généralement dans un four et, après serrage sur son pourtour, à lui donner une forme prédéterminée sous l’action de pistons, d’air comprimé ou de vapeur. Dans le cas des articles de très grande taille, la feuille chaude «caoutchouteuse» est placée à l’aide de serre-flan sur des formes. Les produits ainsi fabriqués sont en particulier des matériels d’éclairage extérieur, des enseignes publicitaires et des panneaux de signalisation routière, des baignoires et autres accessoires de salle de bains, ainsi que les verres de contact.
Cette appellation générale recouvre de nombreux procédés qui constituent des variantes du thermoformage, mais qui consistent tous à chauffer une feuille de plastique dans une machine au-dessus d’une cavité, maintenue sur le pourtour par serrage. Une fois la feuille devenue malléable, elle est aspirée dans la cavité, où elle prend sa forme et refroidit. A l’étape suivante, on libère l’article de la feuille en le coupant. On produit ainsi des contenants à parois minces très bon marché, comme du matériel d’étalage ou publicitaire, des plateaux et autres articles semblables et des emballages protecteurs pour les gâteaux, les fruits fragiles et la viande découpée.
Dans tous les procédés de stratification, deux matériaux ou plus, sous forme de feuilles, sont comprimés pour donner une feuille ou un panneau homogène aux propriétés spéciales. A un extrême, on trouve les stratifiés décoratifs faits à partir de résines phénoplastes et aminoplastes et, à l’autre, des films complexes utilisés pour l’emballage et constitués, par exemple, de cellulose, de polyéthylène et de feuille métallique.
On utilise des résines dans la fabrication de contreplaqué, de meubles et dans la construction de produits volumineux et élaborés tels que les carrosseries de voiture et les coques de bateau en fibres de verre imprégnées de résines polyester ou époxy. Dans tous ces procédés, une résine liquide se solidifie sous l’action de la chaleur ou d’un catalyseur et lie des particules ou des fibres, ou encore des films ou feuilles possédant peu de résistance mécanique, pour donner un panneau robuste et rigide. Ces résines peuvent être appliquées à la main, à la brosse, par immersion ou par pulvérisation.
De petits objets tels que les souvenirs et les bijoux en plastique peuvent également être obtenus par moulage; la résine liquide et le catalyseur sont alors mélangés et versés dans un moule.
Cette rubrique couvre un certain nombre de procédés communs à beaucoup d’industries, par exemple l’utilisation de peintures et d’adhésifs. Il existe cependant un certain nombre de techniques propres au soudage des plastiques. Il s’agit de l’utilisation de solvants comme les hydrocarbures chlorés, la méthyléthylcétone et le toluène, qui sont employés pour coller ensemble des feuilles de plastique rigides destinées à une fabrication générale, à des supports d’affiches publicitaires et à des travaux semblables. Avec les radiofréquences (RF), on utilise une combinaison de pression mécanique et de rayonnement électromagnétique à des fréquences généralement comprises entre 10 et 100 mHz. Cette méthode est couramment employée pour assembler des plastiques flexibles, dans la fabrication de portefeuilles, de porte-documents et de poussettes pour enfants (voir l’encadré intitulé «Les appareils de chauffage et de soudage par radiofréquences (RF) de matières diélectriques»). Les ultrasons sont également employés en combinaison avec la pression mécanique pour des opérations semblables.
|
Les appareils de chauffage et de soudage par radiofréquences (RF) sont utilisés dans de nombreuses industries pour chauffer, fondre ou durcir des matières diélectriques comme les plastiques, le caoutchouc ou les colles, qui sont des isolants thermiques et électriques difficiles à chauffer par les méthodes traditionnelles. Les appareils de chauffage par RF sont communément utilisés pour le soudage du poly(chlorure de vinyle) (par exemple, pour fabriquer des produits en plastique comme les imperméables, les couvre-sièges et les matériaux d’emballage); pour durcir des colles utilisées en menuiserie; pour gaufrer et sécher les textiles, le papier, le cuir et les plastiques; et pour durcir de nombreux matériaux contenant des résines plastiques. Les appareils de chauffage par RF utilisent les RF allant de 10 à 100 Mhz, avec une puissance de sortie allant de moins de 1 kW à environ 100 kW. La matière à chauffer est placée entre deux électrodes, sous pression, puis la RF est appliquée pendant une période allant de quelques secondes à environ une minute, selon l’utilisation. Les appareils de chauffage par RF peuvent émettre des champs électriques et magnétiques parasites intenses de RF, surtout si les électrodes ne sont pas blindées. L’absorption de l’énergie des RF par le corps humain peut entraîner un échauffement localisé ou général, néfaste pour la santé. La température corporelle peut s’élever de 1 °C ou plus, ce qui peut entraîner des effets cardio-vasculaires, notamment une accélération du rythme cardiaque et une augmentation du débit cardiaque. Parmi les effets localisés, on retrouve les suivants: cataracte; numération réduite des spermatozoïdes; et effets tératogènes chez le fœtus. Parmi les dangers indirects, on note les brûlures par les RF résultant d’un contact direct avec les pièces métalliques de l’appareil de chauffage, qui sont douloureuses, profondes et lentes à guérir; un engourdissement des mains; des effets neurologiques, dont le syndrome du canal carpien; et des effets sur le système nerveux périphérique. Les mesures de préventionLes deux mesures de prévention de base qui permettent de diminuer les dangers associés aux appareils de chauffage par RF sont les bonnes pratiques de travail et le blindage. Le blindage est bien sûr préférable, mais un bon entretien et certaines pratiques de travail peuvent aussi réduire l’exposition. Une mesure administrative, consistant à limiter la durée d’exposition de l’opérateur, a aussi été utilisée. Il est important que les procédures d’entretien et de réparation soient appropriées, car si le blindage, les dispositifs de verrouillage, les panneaux du boîtier et les fixations sont mal posés, il peut en résulter des fuites excessives de RF. De plus, l’alimentation électrique de l’appareil de chauffage devrait être coupée et consignée pour protéger le personnel chargé de l’entretien. L’opérateur peut réduire son exposition en maintenant ses mains et le haut de son corps le plus loin possible de l’appareil de chauffage à RF. Dans le cas de certains appareils de chauffage automatisés, les panneaux de commande sont éloignés des électrodes de l’appareil qui est alimenté grâce à des plateaux-navettes, des tables tournantes ou des convoyeurs. On peut réduire l’exposition de l’opérateur et des autres employés en mesurant les niveaux de RF. Puisque les niveaux de RF décroissent au fur et à mesure que l’on s’éloigne de l’appareil de chauffage, il est possible de délimiter une zone dangereuse autour de chaque appareil. Les travailleurs peuvent être prévenus de ne pas occuper ces zones dangereuses lorsque l’appareil de chauffage est utilisé. Partout où cela est possible, des barrières physiques non conductrices devraient être utilisées pour garder les gens à une distance sûre. Idéalement, l’émetteur RF des appareils de chauffage par RF devrait être entouré d’un boîtier blindé, pour contenir le rayonnement RF. Le blindage et tous les joints devraient présenter une conductivité élevée pour les courants électriques intérieurs qui circuleront dans les parois. Il devrait y avoir le moins d’ouvertures possible dans le blindage et elles devraient être aussi petites que le permet le fonctionnement. Les ouvertures devraient être dirigées à l’opposé de l’opérateur. Il est faisable de réduire au minimum les courants circulant dans le blindage en posant des conducteurs séparés à l’intérieur du boîtier, pour conduire les courants élevés. L’appareil de chauffage devrait être correctement mis à la terre, le câble de mise à la terre devant se trouver dans la même canalisation que la ligne électrique. L’appareil de chauffage devrait être muni d’un verrouillage adéquat pour prévenir l’exposition aux hautes tensions et aux émissions intenses de RF. Il est beaucoup plus facile de faire incorporer ce blindage dans les nouveaux modèles d’appareils de chauffage à RF par le fabricant. Il est plus difficile de faire des modifications après coup. Les boîtiers peuvent être efficaces. Une bonne mise à la terre permet aussi souvent de réduire efficacement les émissions de RF. Il faut soigneusement mesurer les RF ensuite pour s’assurer que les émissions RF ont bien diminué. La pratique consistant à enfermer l’appareil de chauffage dans une enceinte métallique peut, en fait, accroître l’exposition si l’opérateur s’y trouve également, bien qu’elle réduise l’exposition en dehors de la pièce. |
Les dangers propres à l’industrie des polymères sont étroitement liés à ceux de l’industrie pétrochimique et dépendent pour une bonne part des substances utilisées. Ceux que présentent pour la santé les différentes matières premières sont traités ailleurs dans la présente Encyclopédie . Les dangers d’incendie et d’explosion sont importants. Beaucoup de procédés faisant appel à des polymères ou des résines comportent un risque d’incendie et d’explosion en raison de la nature des matières premières utilisées. Si des mesures de prévention efficaces ne sont pas adoptées, on risque parfois au cours de la réaction, généralement dans les bâtiments partiellement clos, que des gaz ou des liquides inflammables s’échappent à des températures au-dessus de leurs points d’éclair. Si les pressions sont très élevées, il faudrait prévoir une évacuation adéquate à l’air libre. Une accumulation de pression excessive due à des réactions exothermiques d’une rapidité inattendue peut se produire; la manutention de certains additifs et la préparation des catalyseurs peuvent ajouter au risque d’explosion ou d’incendie. L’industrie s’est penchée sur ces problèmes, en particulier sur la fabrication des résines phénoliques, et des notes d’orientation détaillées ont été rédigées pour ce qui est de la conception des usines et des procédures opératoires sûres.
L’industrie plasturgique comporte des risques d’accidents en raison des machines utilisées, des risques d’incendie liés à la combustibilité des plastiques et de leurs poudres et des dangers pour la santé à cause des nombreux produits chimiques mis en oeuvre.
Le domaine d’activité où il se produit le plus d’accidents est celui de la transformation des plastiques, car la majorité des opérations est entièrement mécanisée. Par conséquent, les principaux dangers sont associés à l’utilisation des machines, non seulement durant le fonctionnement normal, mais également pendant le nettoyage, le réglage et l’entretien.
Toutes les machines de moulage par compression, par transfert, par injection et par soufflage sont munies de plateaux porte-moule dont la force de verrouillage s’élève à plusieurs tonnes par centimètre carré. Des dispositifs de protection appropriés devraient être installés pour éviter les amputations ou les lésions par écrasement. Généralement, on encoffre les pièces dangereuses et on verrouille les protecteurs mobiles avec les commandes de la machine. Ces dispositifs devraient empêcher les mouvements dangereux dans la zone protégée quand le protecteur est ouvert et immobiliser les pièces dangereuses ou renverser le mouvement si le protecteur est ouvert pendant que la machine fonctionne.
En cas de risque grave d’accidents, notamment à proximité des plateaux porte-moule des presses, et si des travailleurs accèdent régulièrement à la zone dangereuse, il est nécessaire d’appliquer des normes de verrouillage plus rigoureuses. On peut alors utiliser un deuxième dispositif de verrouillage indépendant pour interrompre l’alimentation électrique et empêcher les mouvements dangereux quand le protecteur est ouvert.
Lors de l’utilisation de feuilles de plastique, les points rentrants entre les rouleaux ou entre les rouleaux et la feuille à traiter présentent des dangers. On en trouve près des rouleaux de tension et des dispositifs de tirage des extrudeuses et des calandres. La sécurité peut être assurée par l’utilisation d’un déclencheur qui arrête immédiatement les rouleaux ou renverse le mouvement dangereux.
De nombreuses machines de traitement des plastiques fonctionnent à des températures élevées et de graves brûlures peuvent survenir par contact avec le métal ou les plastiques chauds. Si possible, ces parties devraient être protégées quand la température excède 50 °C. En outre, en cas de blocage, les machines de moulage par injection et les extrudeuses peuvent se débloquer violemment. Des méthodes de travail sûres devraient être adoptées pour libérer les bouchons de plastique bloqués, notamment le port de gants appropriés et d’une protection du visage.
La plupart des machines modernes sont maintenant dirigées par des commandes électroniques ou des ordinateurs qui peuvent également commander des dispositifs mécaniques d’entraînement ou être liés à des robots. Sur les nouvelles machines, il arrive moins souvent qu’un opérateur soit obligé de s’approcher des zones dangereuses, et il s’ensuit que la sécurité d’utilisation des machines devrait donc s’améliorer. On constate cependant que ces machines doivent faire l’objet d’une attention accrue de la part des ingénieurs et des installateurs. Il est donc essentiel qu’un programme de consignation/déconsignation convenable soit institué avant que ce type de travail soit effectué, en particulier dans les cas où la pleine protection par les dispositifs de sécurité de la machine elle-même ne peut pas être assurée. De plus, des systèmes d’appoint ou d’urgence devraient être conçus en fonction des situations où la commande programmée fait défaut, quelle qu’en soit la raison, par exemple pendant une panne d’alimentation électrique.
Il est important que les machines soient correctement disposées dans l’atelier et qu’elles soient chacune entourées d’un espace de travail dégagé suffisant. Cela aide à maintenir l’ordre et la propreté des lieux. Les machines elles-mêmes devraient également être correctement entretenues et les dispositifs de sécurité vérifiés à intervalles réguliers.
Le bon entretien des locaux est essentiel et une attention particulière devrait être portée à la propreté des sols. S’ils ne sont pas nettoyés fréquemment, ceux-ci peuvent être rapidement encrassés par de l’huile provenant des machines ou des granulés de plastique déversés. Il faudrait également prévoir des méthodes de travail permettant d’accéder en toute sécurité aux zones situées au-dessus du niveau du sol.
On devrait aussi prévoir suffisamment d’espace pour l’entreposage des matières premières et des produits finis; ces secteurs devraient être clairement indiqués.
Les plastiques sont de bons isolants électriques; c’est pourquoi des charges d’électricité statique peuvent s’accumuler sur les machines où circulent des feuilles ou des films. Ces charges peuvent atteindre un potentiel assez élevé pour causer un accident sérieux ou agir comme source d’inflammation. Des éliminateurs d’électricité statique devraient être employés pour réduire ces charges et mettre correctement à la terre les pièces de métal.
De plus en plus, les déchets plastiques sont traités à l’aide de granulateurs et mélangés à de la matière neuve. Les granulateurs devraient être totalement fermés pour qu’il soit impossible d’atteindre les rotors par les orifices de décharge ou d’alimentation. Les ouvertures d’alimentation sur les grosses machines devraient être conçues de manière à interdire l’entrée d’un corps entier. Les rotors fonctionnent à grande vitesse et les couvercles ne devraient pas être enlevés tant que ceux-ci tournent. Si des dispositifs de sécurité sont installés, ils devraient empêcher tout contact avec les lames tant qu’elles ne sont pas à l’arrêt.
Les plastiques sont des matériaux combustibles, bien que les polymères n’alimentent pas tous la combustion. Lorsqu’ils sont réduits en fine poudre, beaucoup peuvent atteindre des concentrations explosives dans l’air. Quand le risque est présent, les poudres devraient être confinées, de préférence dans un système fermé muni d’un nombre suffisant d’évents de sécurité s’ouvrant à basse pression (environ 0,05 bar) face à un endroit sûr. Une propreté scrupuleuse est essentielle pour empêcher l’accumulation de débris dans les salles de travail, débris qui peuvent être mis en suspension par une explosion primaire et causer une explosion secondaire.
Les polymères peuvent être sujets à une dégradation thermique et à une pyrolyse à des températures à peine supérieures aux températures de mise en œuvre. Dans ces circonstances, une pression suffisante peut s’accumuler à l’intérieur du cylindre d’une extrudeuse et éjecter du plastique en fusion ainsi que le bouchon de plastique solide ayant causé une obstruction initiale.
Cette industrie fait grand usage de liquides inflammables, par exemple dans les peintures, les adhésifs, les agents nettoyants, ainsi que dans la soudure au solvant. Les résines fibres de verre polyester émettent également des vapeurs de styrène inflammables. Il faut garder le moins possible de ces liquides en stock dans l’atelier et les entreposer dans un endroit sûr quand on ne s’en sert pas. Les zones de stockage devraient comprendre des emplacements sûrs en plein air ou un magasin résistant au feu.
Les peroxydes utilisés dans la fabrication des plastiques renforcés de fibres de verre devraient être entreposés séparément des liquides inflammables et autres matières combustibles et ne pas être soumis à des températures élevées puisqu’ils sont explosifs une fois chauffés.
Un certain nombre de risques sont associés à la plasturgie. Le plastique brut est rarement utilisé seul et des précautions doivent être prises relativement aux additifs utilisés dans les diverses préparations. Il s’agit des savons au plomb dans le PVC et de certains colorants organiques ou à base de cadmium. Il existe un risque important de dermite causée par les liquides et les poudres, le plus souvent par des «produits réactifs» tels que les résines de phénol-formaldéhyde (avant la réticulation), les uréthanes et les résines de polyester insaturées utilisés dans la production des produits de verre-résine. On recommande le port des vêtements de protection.
Il est possible que des fumées soient produites par la dégradation thermique des polymères au cours du traitement à chaud. Des mesures de prévention technique peuvent réduire le problème. Il faut cependant s’assurer que des produits de pyrolyse ne soient pas inhalés lors de certaines opérations dangereuses, par exemple au moment de la purge du cylindre de l’extrudeuse. Une bonne ventilation par aspiration localisée peut être nécessaire. Il est déjà arrivé que des opérateurs aient suffoqué à cause de l’acide chlorhydrique gazeux ou soient atteints de fièvre des polymères après le surchauffage du PVC et du polytétrafluoroéthylène (PTFE), respectivement. Le tableau 77.10 mentionne certains produits de décomposition des plastiques.
|
Dans de nombreux secteurs industriels, les plastiques sont soumis à des contraintes thermiques. Les températures vont de valeurs relativement basses lors de la mise en forme (par exemple, 150 à 250 °C) à des valeurs extrêmes (par exemple, soudage de tôles peintes ou de tuyaux enduits de plastique). Dans de tels cas, on se demande toujours si les produits volatils émis (provenant de la pyrolyse) atteignent des concentrations toxiques. Pour répondre à cette question, il faut d’abord déterminer quelles sont les substances émises et ensuite mesurer leurs concentrations. Alors que la deuxième étape est en principe faisable, il est en général impossible d’établir quels sont les produits de la pyrolyse sur le terrain. Le Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA) a étudié ce problème depuis des années et, au cours de nombreux essais en laboratoire, les produits de décomposition de plastiques ont été déterminés. Les résultats des essais portant sur chaque type de plastique ont été publiés (Lichtenstein et Quellmalz, 1984, 1986a, 1986b, 1986c). On trouvera ci-après un résumé des résultats obtenus jusqu’ici. Ce tableau est destiné à faciliter la tâche de tous ceux qui doivent mesurer la concentration de substances dangereuses sur les lieux de travail. Les produits de décomposition donnés pour chaque type de plastique peuvent servir de «constituants de référence». Cependant, on devra se rappeler que la pyrolyse peut produire des mélanges hautement complexes dont la composition dépend de nombreux facteurs. Ce tableau ne prétend donc pas être complet en ce qui concerne les produits de pyrolyse répertoriés comme constituants de référence (tous déterminés lors d’expériences en laboratoire). La présence d’autres substances présentant des risques potentiels pour la santé n’est pas à exclure. Il est pratiquement impossible de recenser toutes les substances produites. |
|
Plastique |
Abréviation |
Substances volatiles |
|
Polyoxyméthylène |
POM |
Formaldéhyde |
|
Résines époxy à base de bisphénol A |
Phénol |
|
|
Caoutchouc chloroprène |
CR |
Chloroprène(2-chlorobuta-1,3-diène), chlorure d’hydrogène |
|
Polystyrène |
PS |
Styrène |
|
Copolymère acrylonitrile-butadiène-styrène |
ABS |
Styrène, 1,3-butadiène, acrylonitrile |
|
Copolymère styrène-acrylonitrile |
SAN |
Acrylonitrile, styrène |
|
Polycarbonates |
PC |
Phénol |
|
Poly(chlorure de vinyle) |
PVC |
Chlorure d’hydrogène, plastifiants (souvent des esters de l’acide phtalique comme le phtalate de dioctyle ou de dibutyle) |
|
Polyamide 6 |
PA 6 |
ε-caprolactame |
|
Polyamide 66 |
PA 66 |
Cyclopentanone, hexaméthylènediamine |
|
Polyéthylène |
HDPE, LDPE |
Hydrocarbures aliphatiques insaturés, aldéhydes aliphatiques |
|
Polytétrafluoroéthylène |
PTFE |
Hydrocarbures perfluorés insaturés (par exemple, tétrafluoroéthylène, hexafluoropropène, octafluorobutène) |
|
Poly(méthacrylate de méthyle) |
PMMA |
Méthacrylate de méthyle |
|
Polyuréthane |
PUR |
Suivant le type, produits de décomposition très variables (par exemple, chlorofluorocarbure (CFC)1 en tant qu’agent moussant, éther et glycoléther, diisocyanates, cyanure d’hydrogène2, amines aromatiques, esters phosphoriques chlorés en tant qu’agents de protection contre les flammes) |
|
Polypropylène |
PP |
Hydrocarbures aliphatiques insaturés et saturés |
|
Polybutylènetéréphtalate (polyester) |
PBTP |
1,3-butadiène, benzène |
|
Polyacrylonitrile |
PAN |
Acrylonitrile, cyanure d’hydrogène2 |
|
Acétate de cellulose |
CA |
Acide acétique |
Norbert Lichtenstein
*Article publié par le Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA), 1997, reproduit avec autorisation.
1 N’est plus utilisé.2 N’a pas pu être détecté par la méthode analytique utilisée (couplage entre la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (CG/SM), mais est connu dans la littérature.
Il existe également un danger d’inhalation de vapeurs toxiques émanant de certaines résines thermodurcies. L’inhalation des isocyanates utilisés avec les résines polyuréthane peut provoquer une pneumonie chimique et un asthme grave, et les personnes sensibilisées devraient changer de travail. Un problème semblable existe avec les résines de formaldéhyde. Dans ces deux exemples, une ventilation par aspiration localisée très efficace est nécessaire. Dans la fabrication des articles verre-résine, une quantité importante de styrène est dégagée et ce travail doit être effectué dans un atelier bien ventilé.
Certains dangers sont communs à plusieurs industries. Il s’agit de l’utilisation des solvants pour la dilution ou à des fins mentionnées précédemment. Des hydrocarbures chlorés sont couramment utilisés pour le nettoyage et le collage et, sans ventilation adéquate, certaines personnes pourraient souffrir de narcose.
L’élimination des déchets de plastiques par brûlage devrait être faite dans des conditions étroitement contrôlées. Par exemple, les PTFE et les uréthanes devraient être incinérés à un endroit où les fumées peuvent être évacuées en toute sécurité.
L’utilisation des granulateurs produit généralement une intensité de bruit très élevée qui peut fort bien mener à la perte de l’ouïe chez les opérateurs et les personnes travaillant non loin d’eux. On peut éliminer ce danger en isolant cet équipement des autres postes de travail. Les niveaux de bruit devraient de préférence être réduits à la source. On y est parvenu en recouvrant les granulateurs de matériaux insonorisants et en installant des caissons absorbants autour de l’orifice de remplissage. Les sons audibles produits par les machines de soudage par ultrasons accompagnant l’émission normale d’énergie ultrasonique sont également nocifs. Des enceintes peuvent être conçues pour étouffer le bruit perçu et devraient être verrouillées pour prévenir un danger mécanique. Comme norme minimale, les personnes travaillant dans un secteur très bruyant devraient porter un dispositif de protection de l’ouïe et l’entreprise devrait avoir un programme de prévention de la surdité comportant des tests audiométriques et une formation.
Les brûlures constituent aussi un danger. Certains additifs et catalyseurs utilisés dans la production et le traitement des plastiques sont fortement réactifs au contact de l’eau ou de l’air et peuvent aisément causer des brûlures chimiques. Partout où l’on manutentionne ou transporte des thermoplastiques en fusion, il y a danger d’éclaboussures par des produits chauds et de brûlure. Ces brûlures sont d’autant plus graves que les thermoplastiques, comme la cire chaude, ont tendance à coller à la peau.
Les peroxydes organiques sont des irritants et peuvent causer la cécité en cas de projection dans l’œil. Une protection de l’œil appropriée devrait être portée.
Les biotechnologies sont l’application des biosystèmes aux procédés techniques et industriels. Elles englobent à la fois les organismes traditionnels et transgéniques. Les biotechnologies traditionnelles sont le résultat de l’hybridation classique, de la reproduction ou du croisement de divers organismes afin d’en créer de nouveaux. Ces techniques ancestrales sont employées depuis des siècles pour produire le pain, la bière, le fromage, le soja, le saké, les vitamines, les plantes hybrides et les antibiotiques. Plus récemment, des organismes ont été également utilisés pour traiter les eaux usées et les déchets toxiques industriels.
Les biotechnologies modernes combinent les principes de la chimie et des sciences biologiques (biologie moléculaire et cellulaire, génétique, immunologie) à des disciplines technologiques (ingénierie, informatique) pour produire des biens et des services et pour la gestion environnementale. Elles font appel aux enzymes de restriction pour transférer l’information génétique, l’ADN, d’un organisme à des cellules vivantes extérieures. On réintroduit alors l’ADN composite dans des cellules hôtes pour déterminer si le trait désiré est exprimé. La cellule résultante s’appelle un clone issu du génie génétique, recombinant ou organisme génétiquement modifié (OGM). L’industrie «moderne» des biotechnologies est née dans les années soixante et un - soixante-cinq avec le décryptage du code génétique et elle a connu une croissance fulgurante depuis les premières expériences de clonage de l’ADN réussies en 1972.
Depuis le début des années soixante-dix, les scientifiques ont compris que le génie génétique est une technique extrêmement puissante et prometteuse, mais recelant des risques sérieux à ne pas ignorer. Dès 1974, ils ont exigé un moratoire mondial sur certains types d’expériences afin d’évaluer les risques et de concevoir des lignes directrices appropriées pour éviter les dangers biologiques et écologiques (Committee on Recombinant DNA Molecules, Assembly of Life Sciences, National Research Council, National Academy of Sciences, 1974). Certaines des inquiétudes exprimées évoquaient la possibilité que des vecteurs qui se répandent puissent lancer un processus irréversible, susceptible de créer des problèmes beaucoup plus graves que ceux résultant de la multitude de recombinaisons génétiques qui se produisent spontanément dans la nature. On redoutait que des micro-organismes porteurs de gènes transplantés puissent s’avérer dangereux pour l’être humain ou d’autres formes de vie. Des dommages pourraient en résulter si la cellule hôte modifiée possède un avantage concurrentiel qui stimulerait sa survie dans une certaine niche de l’écosystème (National Institutes of Health (NIH), 1976). On comprenait également fort bien que les techniciens de laboratoire joueraient le rôle d’apprentis sorciers ou de «canaris dans une mine de charbon» et qu’il fallait tenter de les protéger, ainsi que l’environnement, de dangers inconnus et sans doute graves.
Une conférence internationale s’est tenue à Asilomar, en Californie, en février 1975. Son rapport contenait les premières lignes directrices consensuelles basées sur des stratégies biologiques et physiques de limitation des risques prévisibles de la nouvelle technologie. On a jugé que certaines expériences présentaient un danger tel que la conférence a recommandé qu’on évite de les entreprendre pour le moment (NIH, 1976). Les travaux suivants ont été à l’origine frappés d’interdiction:
Aux Etats-Unis, les premières lignes directrices (National Institutes of Health Guidelines (NIHG)) ont été publiées en 1976, remplaçant les directives d’Asilomar. Ces NIHG ont permis d’effectuer des recherches en classant les expériences selon le niveau de risque associé aux cellules hôtes, aux vecteurs qui transportent les gènes dans les cellules et aux inserts, permettant ou limitant de ce fait la conduite des expériences en fonction de l’évaluation du risque. Le concept de base des NIHG — assurer la protection des travailleurs, et, par extension, la sécurité de la collectivité — demeure valide aujourd’hui (NIH, 1996). Les NIHG sont mises à jour régulièrement et sont devenues une norme de pratique largement admise pour les biotechnologies aux Etats-Unis. Les institutions financées par des fonds fédéraux sont tenues de s’y conformer. Elles font partie de la réglementation de nombreuses municipalités. Les NIHG ont servi de base à la législation d’autres pays, y compris la Suisse (Swiss Interdisciplinary Committee for Biosafety in Research and Technology (SCBS), 1995) et le Japon (National Institute of Health, 1996).
Depuis 1976, les NIHG prennent également en compte des considérations relatives au confinement et à l’approbation de nouvelles technologies, notamment dans le cas des installations de production à grande échelle et des propositions de thérapies géniques basées sur des cellules somatiques végétales, animales ou humaines. Certaines des expériences à l’origine interdites sont maintenant permises sous réserve de l’approbation des Instituts nationaux de la santé (National Institutes of Health (NIH)) ou font l’objet de pratiques de confinement spécifiques.
En 1986, le Bureau de la politique scientifique et technologique (Office of Science and Technology Policy (OSTP)) a publié le document Coordinated Framework for Biotechnology Regulation qui portait sur des questions de fond en matière de politiques: les règlements existants étaient-ils suffisants pour évaluer les produits issus des nouvelles technologies? Les processus d’examen des projets de recherche étaient-ils suffisants pour protéger la population et l’environnement? Les agences de réglementation et de recherches américaines (Agence de protection de l’environnement (Environmental Protection Agency (EPA)), Administration fédérale de contrôle des denrées alimentaires et des produits pharmaceutiques (Food and Drug Administration (FDA)), Administration de la sécurité et de la santé au travail (Occupational Safety and Health Administration (OSHA)), Instituts nationaux de la santé (National Institutes of Health (NIH)), ministère de l’Agriculture (Department of Agriculture (DA)) et Fondation nationale pour l’avancement des sciences (National Science Foundation (NSF)) ont accepté de réglementer les produits, mais pas les procédés, et sont arrivés à un consensus selon lequel de nouveaux règlements spéciaux n’étaient pas nécessaires pour protéger les travailleurs, la population ou l’environnement. La politique a été établie pour gérer des programmes réglementaires de façon intégrée et coordonnée, en réduisant au minimum le chevauchement et en chargeant, dans la mesure du possible, une seule agence de l’approbation des produits. Les agences coordonneraient leurs efforts en adoptant des définitions uniformes et en utilisant des examens scientifiques (évaluations du risque) de rigueur comparable (OSHA, 1985; Office of Science and Technology Policy (OSTP), 1986).
Les NIHG et le Coordinated Framework for Biotechnology Regulation ont permis la tenue d’un débat scientifique objectif et une participation assez large du public, ce qui a entraîné la transformation de l’industrie américaine des biotechnologies en une activité économique de plusieurs milliards de dollars. Avant 1970, on comptait moins de 100 compagnies engagées dans tous les aspects des biotechnologies modernes. En 1977, 125 autres se sont ajoutées; en 1983, 381 sociétés supplémentaires avaient porté le niveau des investissements privés à plus de 1 milliard de dollars. En 1994, l’industrie était forte de plus de 1 230 sociétés (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee, 1993), et la valeur boursière atteignait plus de 6 milliards de dollars.
En 1980, les sociétés de biotechnologie des Etats-Unis employaient environ 700 personnes. En 1994, quelque 1 300 sociétés comptaient plus de 100 000 employés (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee, 1993). De plus, tout un secteur d’activité gravite autour des biotechnologies et produit les fournitures (produits chimiques, substrats, lignées cellulaires), l’équipement, l’instrumentation et les services (banques de cellules, validation, étalonnage) nécessaires pour assurer l’ensemble de la recherche et de la production.
Dans le monde entier, la sécurité de la science et de ses produits inspire beaucoup d’inquiétude et de scepticisme. Le Conseil des Communautés européennes (CCE) a élaboré des directives concernant la protection des travailleurs contre les risques liés à l’exposition à des agents biologiques au travail (CCE, 1990a), et la dissémination volontaire d’organismes génétiquement modifiés dans l’environnement. Cette dissémination inclut la mise en vente de produits faisant appel à des OGM (CCE, 1990b; Van Houten et Flemming, 1993). Des normes et des lignes directrices relatives aux produits biotechnologiques ont été adoptées par les organismes internationaux et multilatéraux comme l’Organisation mondiale de la santé (OMS), l’Organisation internationale de normalisation (ISO), le Conseil des Communautés européennes (CCE), l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) et le Réseau de données relatives aux souches microbiennes (Microbial Strains Data Network (MSDN)) (OSTP, 1986).
L’industrie moderne des biotechnologies peut être considérée comme constituée de quatre secteurs industriels principaux, dont chacun possède des laboratoires et poursuit des travaux de recherche-développement (R-D) clinique ou sur le terrain, soutenant la production effective de biens et services:
|
Nom |
Organisme hôte |
Utilisations |
|
Acetobacter aceti |
Bactérie aérobie |
Fait fermenter les fruits |
|
Aspirgillus niger |
Champignon asexué |
Dégrade la matière organique |
|
Aspirgillus oryzae |
Champignon asexué |
Utilisé pour la production de miso, de sauce soja et de saké |
|
Bacillis licheniformis |
Bactérie |
Produits chimiques et enzymes industriels |
|
Bacillis subtilis |
Bactérie |
Produits chimiques, enzymes, source de protéines d’organismes unicellulaires destinées à la consommation humaine en Asie |
|
Cellules ovariennes de hamster chinois (CHO)* |
Culture de cellules de mammifères |
Production de produits biopharmaceutiques |
|
Clostridium acetobutylicum |
Bactérie |
Production de butanol, d’acétone |
|
Escherichia coli K-12* |
Souche bactérienne |
Clonage pour la fermentation, la production de produits pharmaceutiques et biologiques |
|
Penicillium roqueforti |
Champignon asexué |
Production de fromages bleus |
|
Saccharomyces cerevisiae* |
Levure |
Clonage pour la production de bière |
|
Saccharomyces uvarum* |
Levure |
Clonage pour la production de boissons alcoolisées et d’alcool industriel |
* Important dans les biotechnologies modernes.
Les biotechnologies commencent dans le laboratoire de recherches; il s’agit d’une science multidisciplinaire. Les spécialistes de la biologie moléculaire et cellulaire, les immunologistes, les généticiens, les chimistes des protéines et des peptides, les biochimistes et les ingénieurs spécialisés en biochimie sont les plus directement exposés aux dangers réels et potentiels de la technologie de l’ADN recombinant (ADNr). D’autres travailleurs peuvent être exposés moins directement aux dangers biologiques de l’ADNr: le personnel de service et de soutien logistique, par exemple, les techniciens en ventilation et en réfrigération, les fournisseurs de prestations d’étalonnage et le personnel chargé de l’entretien. Dans une enquête portant sur les praticiens en sécurité et en santé dans l’industrie, on a constaté que les travailleurs directement et indirectement exposés représentaient environ 30 à 40% de la main-d’œuvre totale des sociétés commerciales typiques de ce secteur (Lee et Ryan, 1996). La recherche en biotechnologie n’est pas limitée à l’«industrie»; les universités, les hôpitaux et les institutions gouvernementales en font également.
Les personnes qui travaillent dans les laboratoires de biotechnologie sont exposées à une multitude de risques et de produits chimiques toxiques, aux dangers biologiques des recombinants, des non-recombinants ou des organismes «sauvages», aux agents pathogènes présents dans le sang humain, aux zoonoses ainsi qu’aux matières radioactives employées dans les expériences de marquage. En outre, les troubles musculo-squelettiques et les microtraumatismes répétés sont de plus en plus reconnus comme des dangers auxquels est exposé le personnel chargé des recherches en raison de la grande utilisation qu’il fait des ordinateurs et des micropipettes manuelles.
Les opérateurs du secteur de la fabrication des produits biotechnologiques sont également exposés à des produits chimiques dangereux, mais en moins grand nombre que dans un cadre expérimental. Selon le produit et le procédé, une exposition aux radionucléides est possible lors de la fabrication. Même au niveau de biorisque le plus faible, les procédés de fabrication biotechnologique sont des systèmes fermés et le risque d’exposition aux cultures recombinantes est faible, sauf en cas d’accident. Dans les installations de production biomédicales, l’application de bonnes pratiques de fabrication à jour complète les directives relatives à la biosécurité pour protéger les travailleurs au niveau de l’usine. Les principaux dangers auxquels sont exposés les travailleurs qui appliquent les bonnes pratiques dans le cas d’activités à grande échelle avec des organismes recombinants non dangereux sont les traumatismes musculo-squelettiques (par exemple, les entorses dorso-lombaires et les dorsalgies), les brûlures thermiques causées par les conduites de vapeur et les brûlures chimiques causées par les acides et les bases (acide phosphorique, hydroxydes de sodium et de potassium) utilisés dans le procédé.
Les travailleurs du secteur de la santé, notamment les techniciens de laboratoires cliniques, sont exposés aux vecteurs de thérapie génique, aux excreta et aux spécimens de laboratoire pendant l’administration des médicaments et les soins aux patients qui participent à ces expériences. Les employés d’entretien peuvent également être exposés. La protection du personnel et de l’environnement sont deux points expérimentaux à traiter obligatoirement au moment de déposer une demande d’autorisation aux NIH pour les expériences de thérapie génique chez des humains (NIH, 1996).
Les travailleurs agricoles peuvent être très exposés aux produits, plantes ou animaux recombinants pendant l’épandage de pesticides, la plantation, la récolte et le traitement. Indépendamment du biorisque lié à l’exposition aux plantes et aux animaux transformés génétiquement, les dangers physiques traditionnels liés à l’utilisation d’équipements agricoles et à l’élevage sont également présents. Des moyens de prévention technique, des équipements de protection individuelle, la formation et la surveillance médicale sont mis en œuvre en fonction des risques prévus (Legaspi et Zenz, 1994; Pratt et May, 1994). Les équipements de protection individuelle, comprenant combinaisons, appareils de protection respiratoire, gants de travail, lunettes ou hottes, sont importants pour la sécurité du personnel pendant l’application, la croissance et la récolte des plantes ou des édaphons génétiquement modifiés.
Les cellules ou organismes employés dans les biotechnologies appliquées au secteur biomédical, qui sont modifiés pour donner les produits souhaités, sont cultivés dans des bioréacteurs de mono-culture. Dans la culture de cellules de mammifères, la protéine est sécrétée à partir des cellules dans le milieu nutritif environnant, et diverses méthodes de séparation chimique (chromatographie d’exclusion stérique ou d’affinité, électrophorèse) peuvent être employées pour séparer et purifier le produit. Dans le cas où Escherichia coli sert d’hôte pour des fermentations, la substance recherchée est produite à l’intérieur de la membrane cellulaire qui doit être physiquement rompue pour que la récolte soit possible. Ce procédé présente un danger potentiel d’exposition aux endotoxines. On ajoute souvent des antibiotiques aux milieux de production pour améliorer la production du produit souhaité ou pour maintenir une pression sélective sur des éléments génétiques autrement instables (plasmides). Certaines personnes peuvent présenter une sensibilité allergique à ces produits. En général, il existe des risques d’exposition à des aérosols.
Des fuites et des émissions d’aérosols sont prévisibles et l’exposition potentielle peut être limitée de plusieurs manières. Il est nécessaire de pénétrer dans les cuves des réacteurs pour fournir les nutriments et l’oxygène, pour laisser s’échapper le dioxyde de carbone (CO2) et pour surveiller et commander le système. Chaque introduction doit être étanche ou filtrée (0,2 micron) pour que la culture ne soit pas contaminée. La filtration des gaz s’en échappant protège également les travailleurs et l’environnement dans la zone de travail contre des aérosols produits pendant la culture ou la fermentation. Selon le biorisque potentiel du système, l’inactivation biologique validée des effluents liquides (habituellement par la chaleur, la vapeur ou des méthodes chimiques) est une pratique standard. D’autres dangers potentiels liés à la fabrication biotechnologique sont analogues à ceux des autres industries: le bruit, les dispositifs mécaniques, les brûlures par la vapeur ou la chaleur, le contact avec des produits corrosifs, etc.
Les enzymes et la fermentation industrielle sont traités ailleurs dans la présente Encyclopédie , en particulier au chapitre no 67, «L’industrie alimentaire», de même que les procédés, dangers et mesures préventives qui sont semblables pour les systèmes de production faisant appel au génie génétique.
L’agriculture traditionnelle dépend du développement de souches à partir de croisements traditionnels entre plantes d’espèces apparentées. Le grand avantage de la modification génétique des plantes vient du fait que l’intervalle entre générations et le nombre de croisements requis pour obtenir le trait désiré est considérablement réduit. Le recours, impopulaire pour le moment, aux pesticides et aux engrais chimiques (qui contribuent à la pollution par les eaux de ruissellement) favorise l’émergence d’une technologie qui rendra leur épandage inutile.
La biotechnologie des plantes consiste à choisir une espèce génétiquement flexible ou de valeur économique importante pour la modifier. Puisque les cellules des plantes ont des parois cellulosiques résistantes, les méthodes employées pour transférer l’ADN dans des cellules végétales diffèrent de celles utilisées pour des bactéries et des lignées de cellules de mammifères dans le secteur biomédical. Il existe deux méthodes principales pour introduire l’ADN modifié étranger dans des cellules végétales (Watrud, Metz et Fishoff, 1996):
Agrobacterium tumefaciens de type sauvage est un pathogène naturel des plantes qui cause des tumeurs de la gale du collet chez les plantes atteintes. Ces souches désactivées et modifiées qui servent de vecteur ne causent pas la formation de tumeurs sur les végétaux.
Après transformation par l’une ou l’autre méthode, les cellules des plantes sont diluées, ensemencées et cultivées sur un milieu sélectif de culture tissulaire donné pendant une période relativement longue (comparativement aux taux de croissance des bactéries) dans des chambres de croissance ou des incubateurs. Les plantes régénérées à partir du tissu traité sont mises en terre dans des chambres fermées où elles poursuivent leur croissance. Une fois qu’elles ont atteint un certain âge, on les examine pour voir si elles possèdent les traits désirés et on les cultive ensuite en serre. Plusieurs générations d’expériences en serre sont nécessaires pour évaluer la stabilité génétique du trait désiré et pour produire des réserves suffisantes de semences avant de procéder à des études plus approfondies. A ce stade des travaux, on collecte également des données relatives à l’impact sur l’environnement qui sont soumises avec propositions aux organismes de réglementation pour approbation des essais sur le terrain.
Les NIHG (NIH, 1996) décrivent une approche systématique pour empêcher à la fois l’exposition des travailleurs et la libération dans l’environnement d’organismes recombinants. Chaque établissement (par exemple, les universités, les hôpitaux ou les laboratoires commerciaux) doit s’assurer que ses recherches sur l’ADNr sont effectuées sans danger et conformément aux NIHG. Pour ce faire, un système administratif définit les responsabilités et exige que des évaluations complètes des risques soient effectuées par des scientifiques bien informés et des agents de biosécurité; l’exposition est limitée, des programmes de surveillance médicale sont mis sur pied et l’intervention d’urgence est planifiée. Un comité institutionnel de biosécurité (Institutional Biosafety Committee) établit les mécanismes pour l’examen et l’approbation des expériences au sein de l’établissement. Dans certains cas, l’approbation du Comité consultatif des NIH lui-même concernant l’ADNr (NIH Recombinant Advisory Committee (RAC)) est exigée.
Le degré de contrôle dépend de la gravité du risque défini par les désignations de niveau de biosécurité (Biosafety Level (BL) qui vont de 1 à 4; le niveau BL1 étant le moins restrictif et le niveau BL4, le plus restrictif. Des lignes directrices relatives au confinement sont données pour la recherche, la R-D à grande échelle (plus de 10 litres de culture), la production à grande échelle et les expériences portant sur les animaux et les plantes, à petite ou à grande échelle.
L’annexe G des NIHG (NIH, 1996) décrit les mesures de confinement physique à l’échelle du laboratoire. Le niveau BL1 convient au travail avec des agents présentant un danger potentiel inconnu ou minime pour le personnel de laboratoire ou l’environnement. Le laboratoire n’est pas à l’écart de la circulation générale dans le bâtiment. Le travail est effectué sur un plan de travail ouvert. Aucun dispositif spécial de confinement n’est exigé ou utilisé. Le personnel de laboratoire connaît les procédures de travail et est supervisé par un scientifique possédant une formation générale en microbiologie ou dans une science connexe.
Le niveau BL2 convient au travail avec des agents présentant un danger potentiel modéré pour le personnel et l’environnement. L’accès au laboratoire est limité quand le travail est en cours; les travailleurs ont été formés à la manutention des agents pathogènes et sont dirigés par des scientifiques compétents. Le travail qui donne lieu à la formation d’aérosols est effectué dans des postes de sécurité microbiologique ou d’autres dispositifs de confinement. Ce travail peut exiger une surveillance médicale ou une vaccination si le comité institutionnel de biosécurité le juge nécessaire.
Le niveau BL3 s’applique au travail en présence d’agents indigènes ou exotiques qui peuvent causer des maladies graves ou potentiellement mortelles résultant de l’exposition par inhalation. Le personnel possède une formation spécialisée et il est supervisé par des scientifiques compétents ayant de l’expérience dans le domaine de la manutention de ces agents dangereux. Toutes les manipulations sont effectuées sous confinement exigeant des moyens spéciaux de prévention technique et le port d’équipements de protection individuelle.
Le niveau BL4 est réservé aux agents les plus dangereux et les plus exotiques qui présentent des risques élevés de maladie potentiellement mortelle pour un individu ou une communauté. Il existe peu de laboratoires BL4 dans le monde.
L’annexe K traite du confinement physique des activités de recherche ou de production d’un volume supérieur à 10 litres (grande échelle). Comme dans le cas des directives applicables aux activités à petite échelle, les exigences relatives au confinement sont hiérarchisées du risque le plus bas au plus élevé, c’est-à-dire de GLSP (good large-scale practice) à BL3-large-scale (BL3-LS).
L’annexe P des NIHG traite du travail avec les plantes au niveau de la paillasse, de la chambre de croissance et de la serre. Dans l’introduction, on note que «le but principal du confinement des plantes est d’éviter la transmission involontaire du génome d’une plante renfermant de l’ADN recombinant, y compris du matériel héréditaire du noyau ou des organites, ou la libération d’organismes issus d’ADN recombinant associé à ces plantes. En général, ces organismes ne constituent pas une menace pour la santé humaine ou celle des animaux supérieurs, à moins qu’ils n’aient été délibérément modifiés dans ce but. Cependant, la propagation d’un agent pathogène dangereux à partir d’une serre à une culture locale ou l’introduction involontaire et l’établissement d’un organisme dans un nouvel écosystème sont possibles» (NIH, 1996). Aux Etats-Unis, l’EPA et le Service d’inspection sanitaire des animaux et des plantes du ministère de l’Agriculture (Animal and Plant Health Inspection Service (APHIS) sont conjointement responsables de l’évaluation du risque et de la révision des données produites avant d’accorder leur approbation à des essais sur le terrain (EPA, 1996; Foudin et Gay, 1995). Des questions telles que la persistance et la propagation dans l’eau, l’air et le sol, par les insectes et les animaux, la présence voisine d’autres cultures semblables, la stabilité environnementale (sensibilité au gel ou à la chaleur) et la concurrence avec l’espèce indigène sont d’abord évaluées, souvent en serre (Liberman et coll., 1996).
Les niveaux de confinement des plantes pour les installations et les pratiques s’étendent également du niveau BL1 à BL4. Les expériences BL1 typiques concernent le clonage autologue. Le BL2 peut faire intervenir le transfert de traits à partir d’un agent pathogène vers une plante hôte. Le BL3 pourrait faire intervenir l’expression de toxines ou d’agents dangereux pour l’environnement. La protection des travailleurs aux divers niveaux est obtenue grâce à des équipements de protection individuelle et à des moyens de prévention technique consistant, par exemple, à équiper les serres et les bâtiments d’une circulation d’air dirigée et de filtres à particules à haute efficacité (HEPA) pour empêcher la dissémination de pollens. Selon le risque, la protection de l’environnement et de la collectivité contre les agents potentiellement dangereux peut être réalisée par des techniques biologiques, notamment grâce à un trait de sensibilité à la température ou aux médicaments ou encore grâce à des besoins nutritifs absents dans la nature.
On s’attendait que les NIHG nécessiteraient d’être revues au fur et à mesure du progrès des connaissances scientifiques et des techniques. Depuis vingt ans, le Comité consultatif des NIH concernant l’ADNr s’est réuni pour étudier et approuver des propositions de changements. Par exemple, les NIHG n’imposent plus l’interdiction générale de disséminer délibérément des organismes génétiquement modifiés; les essais sur le terrain des produits agricoles et les expériences de thérapie génique sur les humains sont permis dans des circonstances appropriées et après évaluation du risque. Un amendement très important a été apporté aux NIHG, à savoir la création de la catégorie de confinement GLSP. Il visait à abaisser les exigences relatives au confinement des souches recombinantes non pathogènes et non toxicogènes issues des organismes hôtes utilisés depuis longtemps sans danger à grande échelle, ou qui possèdent des limites environnementales incorporées permettant une croissance optimale à grande échelle, mais une survie limitée sans conséquences néfastes pour l’environnement (NIH, 1991). Ce mécanisme a permis à la technologie de progresser tout en tenant compte des exigences en matière de sécurité.
En avril 1990, la Communauté européenne (CE) a adopté deux directives concernant l’utilisation limitée et la libération délibérée dans l’environnement d’organismes génétiquement modifiés (CCE, 1990a, 1990b). Les deux directives exigent que les Etats membres s’assurent que toutes les mesures appropriées sont prises pour éviter des effets néfastes pour la santé humaine ou l’environnement, en particulier en obligeant l’utilisateur à évaluer au préalable tous les risques pertinents. En Allemagne, la loi sur la technologie génétique (Gentechnikgesetz) a été adoptée en 1990, en partie pour répondre aux directives de la CE, mais aussi en réaction à une demande d’autorisation légale pour la construction d’une installation expérimentale de la production d’insuline recombinante (Reutsch et Broderick, 1996). En Suisse, la réglementation est basée sur les NIHG américaines, les directives du Conseil de la CE et la loi allemande sur la technologie génétique. Ce pays (qui ne fait pas partie de l’Union européenne (UE)) exige l’enregistrement annuel et la communication de rapports périodiques sur les expériences. En général, les normes sur l’ADNr sont plus restrictives en Europe qu’aux Etats-Unis, ce qui a amené beaucoup de sociétés pharmaceutiques européennes à délocaliser leurs recherches à l’étranger. Cependant, la réglementation suisse autorise une catégorie de sécurité de niveau 4 à grande échelle, contrairement aux NIHG (SCBS, 1995).
Les produits biologiques et pharmaceutiques qui ont été produits avec succès au moyen des biotechnologies faisant appel à l’ADN recombinant sont, entre autres: l’insuline humaine; l’hormone de croissance humaine; les vaccins contre l’hépatite; l’interféron alpha; l’interféron bêta; l’interféron gamma; le facteur stimulant les colonies de granulocytes; l’activateur de plasminogène tissulaire; le facteur stimulant les colonies de macrophages de granulocytes; l’interleukine 2 (IL2); l’érythropoïétine; le Crymax (produit insecticide pour la destruction des chenilles dans les légumes); les cultures viticoles et de noix; la tomate Flavr Savr (TM); la Chymogen (enzyme servant à produire le fromage); l’ATIII (antithrombine III), dérivé du lait de chèvre transgénique employé pour empêcher la formation de caillots de sang en chirurgie; la somatotropine bovine (BST) et la somatotropine porcine (PST) stimulant la production de lait et de viande.
Il existe cinq risques principaux pour la santé découlant de l’exposition aux micro-organismes ou à leurs produits dans les biotechnologies industrielles:
L’infection est peu probable puisque ce sont des organismes non pathogènes qui sont employés dans la plupart des procédés industriels. Cependant, il est possible que des micro-organismes considérés comme inoffensifs, comme Pseudomonas et Aspergillus , puissent causer une infection chez des sujets immunodéprimés (Bennett, 1990). L’exposition aux endotoxines qui sont des constituants de la couche de lipopolysaccharide de la paroi cellulaire de toutes les bactéries Gram négatif, à des concentrations dépassant 300 ng/m3, cause un état grippal passager (Balzer, 1994). Les travailleurs de nombreuses branches, y compris l’agriculture traditionnelle et les biotechnologies, ont éprouvé les effets de l’exposition à une endotoxine. Les réactions allergiques aux micro-organismes ou au produit surviennent également dans nombre d’industries. Des cas d’asthme professionnel ont été diagnostiqués dans le secteur des biotechnologies appliquées à un éventail de micro-organismes et de produits, notamment Aspergillus niger, Penicillium et des protéases; dans certaines entreprises, on a noté des cas chez plus de 12% du personnel. Les réactions toxiques peuvent être aussi diverses que les organismes et les produits. On a montré que l’exposition aux antibiotiques modifie la flore microbienne intestinale. On sait également que certains champignons peuvent produire des toxines et des agents cancérogènes dans des conditions de croissance données (Bennett, 1990).
Pour donner suite aux inquiétudes suscitées par le fait que les travailleurs seraient les premières victimes des effets néfastes potentiels sur la santé de cette nouvelle technologie, la surveillance médicale de ceux qui travaillent avec l’ADNr fait partie des NIHG depuis le début. Les comités institutionnels de biosécurité, en coordination avec les médecins du travail, sont chargés de déterminer, pour chaque projet, quelle surveillance médicale est nécessaire. Selon l’agent en cause, la nature du danger biologique, les voies d’exposition potentielles et la disponibilité des vaccins, les éléments du programme de surveillance médicale pourraient inclure des examens médicaux avant l’embauche et un suivi périodique, des vaccins ainsi que des tests spécifiques de dépistage des allergies et des maladies, des analyses sériques préexposition et des enquêtes épidémiologiques.
Bennett (1990) pense qu’il est peu probable que les micro-organismes génétiquement modifiés présentent un risque d’infection ou d’allergie plus élevé que les organismes originaux, mais un produit nouveau ou l’ADNr pourraient présenter un risque supplémentaire. Dans un rapport, on note que l’expression d’un allergène de la noix du Brésil chez le soja transgénique peut avoir des effets inattendus sur la santé des travailleurs et des consommateurs (Nordlee et coll., 1996). D’autres dangers pourraient résulter de l’utilisation de lignées de cellules animales porteuses d’oncogènes ou de virus inconnus ou non détectés potentiellement nocifs pour les êtres humains.
Il importe de noter que les craintes précocement exprimées au sujet de la création d’espèces mutantes dangereuses du point de vue génétique ou de supertoxines n’étaient pas fondées. L’Organisation mondiale de la santé (OMS) a constaté que les biotechnologies ne présentent pas de risques différents par rapport aux autres industries de traitement (Miller, 1983) et, selon Liberman, Ducatman et Fink (1990), on s’accorde actuellement pour dire que les risques supposés liés à l’ADNr étaient exagérés au début et que les dangers associés à ce type de recherche sont analogues à ceux que présentent l’organisme, le vecteur, l’ADN, les solvants et l’appareillage. Ils concluent qu’il est inévitable que des organismes modifiés présentent certains dangers; cependant, il est possible d’adopter des mesures de confinement pour réduire l’exposition au minimum.
Il est très difficile de trouver des expositions professionnelles spécifiques des biotechnologies. Ce qu’il est convenu d’appeler les biotechnologies ne constituent pas une industrie distincte appartenant à un groupe de la Classification type des branches d’activité (Standard Industrial Classification (SIC)); il s’agit plutôt de procédés ou d’une série d’outils ayant de nombreuses applications industrielles. En conséquence, quand des accidents et des expositions sont rapportés, les données concernant des travailleurs des biotechnologies sont incluses dans celles qui portent sur tous les autres cas se produisant dans le secteur industriel hôte (par exemple, agriculture, industrie pharmaceutique ou soins de santé). En outre, une partie des incidents et accidents de laboratoire ne sont pas déclarés.
Peu de maladies spécifiquement liées à l’ADN génétiquement modifié ont été rapportées; cependant, elles ne sont pas inconnues. Au moins un cas d’infection locale et de séroconversion a été déclaré par un travailleur ayant été piqué par une aiguille contaminée par un vecteur de vaccin recombinant (Openshaw et coll., 1991).
Les années quatre-vingt ont marqué l’apparition des premiers produits des biotechnologies aux Etats-Unis et en Europe. L’utilisation de l’insuline issue du génie génétique a été approuvée en 1982, de même qu’un vaccin contre la diarrhée porcine (Sattelle, 1990). On a montré que la somatotropine bovine (BST) recombinante augmentait la production laitière des vaches et le poids du cheptel bovin. Des inquiétudes ont été soulevées au sujet de la santé publique et de l’innocuité du produit, ainsi qu’au sujet de l’adéquation de la réglementation pour tous les secteurs possibles de commercialisation de ces produits. Les NIHG protègent les travailleurs et l’environnement aux stades de la recherche et du développement. L’innocuité du produit et son efficacité ne relèvent pas des lignes directrices. Aux Etats-Unis, dans le cadre du Coordinated Framework for Biotechnology Regulation, les risques potentiels des produits des biotechnologies sont évalués par l’organisme le plus approprié (FDA, EPA ou DA).
Le débat sur la sécurité du génie génétique et des produits des biotechnologies se poursuit (Thomas et Myers, 1993), particulièrement en ce qui concerne les applications agricoles et les aliments destinés à la consommation humaine. Dans certaines régions, les consommateurs exigent que les fruits et légumes frais soient marqués différemment selon qu’ils sont issus d’hybrides traditionnels ou dérivés des biotechnologies. Par ailleurs, il est des fabricants de produits laitiers qui refusent d’utiliser le lait des vaches recevant de la BST. Cette hormone est interdite dans quelques pays (par exemple, en Suisse). La FDA a jugé que les produits sont sûrs, mais certains aspects économiques et sociaux pourraient être inacceptables aux yeux du public. La BST peut effectivement désavantager les petites exploitations agricoles dont la plupart sont des entreprises familiales. Contrairement à ce qui se passe dans le cas des applications médicales, où il peut fort bien n’exister aucune autre solution en dehors du traitement obtenu par génie génétique, quand les aliments traditionnels sont disponibles en abondance, le public est en faveur de l’hybridation traditionnelle plutôt que des aliments recombinants. Cependant, dans un environnement hostile, et compte tenu de la pénurie alimentaire actuelle dans le monde, les attitudes pourraient changer.
Les récentes applications de la technologie à la santé humaine et aux maladies héréditaires ont ravivé les inquiétudes et suscité de nouvelles questions éthiques et sociales. Le Projet sur le génome humain (Human Genome Project), qui a démarré au début des années quatre-vingt, a pour ambition de dresser une carte physique et génétique du matériel génétique humain. Cette carte fournira aux chercheurs l’information nécessaire pour comparer une expression génétique «saine» ou «normale» à une expression «morbide», qui permettra de mieux expliquer, prévoir et indiquer des pistes de traitement des défauts génétiques de base. Les technologies du génome humain ont produit de nouveaux tests de diagnostic pour la maladie de Huntington, la mucoviscidose et les cancers du sein et du côlon. On s’attend que la thérapie génique somatique humaine corrige les maladies héréditaires ou améliore leur pronostic. La lecture d’empreintes génétiques par cartographie polymorphique de fragment de restriction du matériel génétique est admise en tant qu’élément de preuve judiciaire dans les cas de viol, d’enlèvement et d’homicide. Elle peut être employée pour prouver (ou, techniquement parlant, réfuter) la paternité. Elle peut également être utilisée dans des secteurs prêtant davantage à controverse, par exemple pour évaluer les risques d’apparition de cancer et de cardiopathies aux fins d’assurance et de traitement préventif, comme preuve devant les tribunaux jugeant des crimes de guerre ou encore comme «plaque d’identité» génétique pour les militaires.
Bien que techniquement réalisable, le travail sur les lignées germinales humaines (transmissibles de génération en génération) n’a pas été soumis pour approbation aux Etats-Unis en raison de sérieuses réserves de nature sociale et éthique. Cependant, des consultations publiques sont prévues afin que soit rouvert le débat sur la thérapie portant sur les lignées germinales humaines et la stimulation de traits désirables n’ayant pas de rapport avec les maladies.
En plus des questions sociales, d’éthique et de sécurité, les théories juridiques au sujet de la propriété des gènes et de l’ADN et de la responsabilité relative à leur usage ou à leur mauvaise utilisation évoluent encore.
Les conséquences à long terme de la libération dans l’environnement des divers agents doivent être surveillées. De nouvelles questions relatives au confinement biologique et aux choix des hôtes surgiront dans le cas des travaux soigneusement et convenablement surveillés en laboratoire, mais dont on ne connaît pas toutes les possibilités environnementales. Les pays en développement, où l’expertise scientifique et les organismes de contrôle peuvent ne pas exister, pourraient ne pas vouloir ou pouvoir effectuer l’évaluation du risque pour leur environnement particulier. Il pourrait en résulter des restrictions inutiles ou une politique imprudente de «porte ouverte» qui, dans les deux cas, compromettraient le bien-être à long terme de ces pays (Ho, 1996).
De plus, il importe de faire preuve de prudence quand des agents agricoles transgéniques sont introduits dans un nouvel environnement où le gel ou d’autres contraintes de confinement naturelles n’existent pas. Pourrait-il se produire des croisements dans la nature entre des populations indigènes ou des échangeurs naturels d’information génétique et les agents recombinants, avec comme résultat le transfert des traits transgéniques? Ces traits seraient-ils nocifs chez d’autres agents? Quel en serait l’effet sur les personnes administrant le traitement? Les réactions immunitaires en limiteraient-elles la propagation? Les agents transgéniques vivants sont-ils capables de traverser les barrières interespèces? Survivent-ils dans les déserts, les montagnes, les plaines et les villes?
Aux Etats-Unis, les biotechnologies se sont développées sous la gouverne de recommandations consensuelles et de la réglementation locale depuis le début des années soixante-dix. Un examen attentif n’a permis de découvrir aucun trait inattendu et incontrôlable exprimé par un organisme recombinant. Il s’agit d’une technique utile, sans laquelle beaucoup de progrès de la médecine basés sur des protéines thérapeutiques naturelles n’auraient pas été possibles. Dans de nombreux pays développés, les biotechnologies constituent une force économique importante et toute une industrie est née autour de la révolution des biotechnologies.
Les problèmes d’ordre médical touchant les travailleurs du domaine des biotechnologies sont liés aux risques que présentent l’hôte, le vecteur et l’ADN, ainsi que les opérations physiques. Jusqu’ici, on a pu prévenir les maladies professionnelles par des moyens techniques, de bonnes pratiques de travail, des vaccins et le confinement biologique spécifiques au risque évalué au cas par cas. De plus, une structure administrative permet de réaliser des évaluations prospectives des risques de chaque nouveau protocole expérimental. Pour que cette expérience positive en matière de sécurité continue après la libération d’agents viables dans l’environnement, il faudra continuer à évaluer sans cesse les risques: persistance, propagation, échangeurs naturels, caractéristiques de la cellule hôte, particularités de la gamme d’hôtes pour les agents de transfert utilisés, nature du gène inséré, etc. Ces facteurs doivent être pris en compte pour tous les environnements et espèces susceptibles d’être touchés de manière à ce que les surprises que la nature nous réserve souvent soient limitées.
* Adapté de la 3e édition de l'Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
On peut définir l’industrie pyrotechnique comme la fabrication d’articles pyrotechniques (feux d’artifice) pour le divertissement, pour les utilisations techniques et militaires dans la signalisation et l’illumination, pour l’usage comme pesticide et à d’autres fins. Ces articles contiennent des substances pyrotechniques faites de poudres ou de pâtes qui sont formées, compactées ou comprimées au besoin. Quand ils sont enflammés, l’énergie qu’ils contiennent est libérée pour produire les effets recherchés tels que l’illumination, la détonation, le sifflement, un bruit perçant, la formation de fumée ou de braises, la propulsion, l’inflammation, l’amorçage, le tir ou la désintégration. La substance pyrotechnique la plus importante est encore la poudre noire (poudre composée de charbon de bois, de soufre et de nitrate de potassium), qui peut être employée en vrac pour la détonation, être compactée pour la propulsion ou le tir, ou être tamponnée à l’aide de charbon de bois comme amorce.
Les matières premières utilisées dans la fabrication d’artifices doivent être très pures, exemptes de toute impureté mécanique et (surtout) d’ingrédients acides. Cette exigence s’applique également aux matières auxiliaires telles que le papier, le carton et la colle. Le tableau 77.12 présente une liste des matières premières les plus communément utilisées pour la production de produits pyrotechniques.
|
Produits |
Matières premières |
|
Explosifs |
Nitrocellulose (laine de collodion), fulminate d’argent, poudre noire (charbon de bois, soufre et nitrate de potassium) |
|
Matières combustibles |
Résine acaroïde, dextrine, acide gallique, gomme arabique, bois, charbon de bois, colophane, lactose, poly(chlorure de vinyle) (PVC), vernis à la gomme laque, méthylcellulose, sulfure d’antimoine, aluminium, magnésium, silicium, zinc, phosphore, soufre |
|
Matières comburantes |
Chlorate de potassium, chlorate de baryum, perchlorate de potassium, nitrate de baryum, nitrate de potassium, nitrate de sodium, nitrate de strontium, peroxyde de baryum, dioxyde de plomb, oxyde de chrome |
|
Matières pour la coloration de flammes |
Carbonate de baryum (vert), cryolithe (jaune), cuivre, sulfate d’ammonium (bleu), oxalate de sodium (jaune), carbonate de cuivre (bleu), acétoarsénite de cuivre (bleu), carbonate de strontium (rouge), oxalate de strontium (rouge). Des colorants sont utilisés pour produire des fumées colorées et le chlorure d’ammonium pour produire de la fumée blanche |
|
Matières inertes |
Tristéarate de glycéryle, paraffine, terre à diatomées, chaux, craie |
Après avoir été séchées, broyées et tamisées, les matières premières sont pesées et mélangées dans un bâtiment spécial. Autrefois, elles étaient toujours mélangées à la main, mais dans les usines modernes, des mélangeurs mécaniques sont souvent employés. Après le mélangeage, les substances doivent être stockées dans des entrepôts spéciaux pour éviter leur accumulation dans les ateliers. On ne doit conserver sur les lieux de stockage que les quantités nécessaires pour les opérations en cours.
L’enveloppe des articles pyrotechniques peut être en papier, en carton, en matériau synthétique ou en métal. La méthode d’emballage varie. Par exemple, dans le cas d’une détonation, la composition est versée en vrac dans un contenant fermé hermétiquement, tandis que pour la propulsion, l’illumination ou la production de bruits stridents ou de sifflements, elle est versée dans l’étui, puis compactée ou comprimée et enfermée hermétiquement. Le compactage ou la compression étaient jadis faits à coups de maillet sur un outil de tassement en bois, mais cette méthode est rarement utilisée dans les installations modernes; on l’a remplacée par l’utilisation de presses hydrauliques ou de pastilleuses. Les presses hydrauliques permettent de comprimer la composition simultanément dans plusieurs contenants.
Les substances d’illumination sont souvent façonnées en forme d’étoiles quand elles sont humides; celles-ci sont alors séchées et mises dans les étuis pour fusées, bombes, etc. Les substances préparées par voie humide doivent être bien séchées, sinon elles pourraient s’enflammer spontanément.
De nombreuses substances pyrotechniques étant difficiles à enflammer lorsqu’elles sont comprimées, ces articles sont additionnés d’un intermédiaire ou d’une amorce qui assure l’inflammation; le boîtier est alors scellé. L’article est mis à feu de l’extérieur par un cordeau détonant, une fusée, un grattoir ou parfois un percuteur.
Les dangers les plus importants des artifices sont évidemment les incendies et les explosions. En raison du petit nombre de machines, les risques d’ordre mécanique sont moins importants et se comparent à ceux d’autres industries.
La sensibilité de la plupart des substances pyrotechniques est telle qu’en vrac elles peuvent facilement être mises à feu par des coups, un frottement, des étincelles ou de la chaleur. Elles présentent des risques d’incendie et d’explosion et sont considérées com-me des explosifs. Beaucoup de substances pyrotechniques ont des effets explosifs comparables à ceux des explosifs ordinaires, et les travailleurs sont exposés à voir leurs vêtements ou leur corps brûlés par un rideau de flammes.
Au cours de l’utilisation des substances toxiques employées en pyrotechnie (par exemple, des composés du plomb et du baryum et l’acétoarsénite de cuivre), l’inhalation de poussières au cours du pesage et du mélangeage peut constituer un danger pour la santé.
Seules des personnes dignes de confiance devraient travailler à la fabrication des substances pyrotechniques. On ne devrait pas engager d’individus de moins de 18 ans. Il est nécessaire que les travailleurs reçoivent une formation adéquate et qu’ils soient correctement supervisés.
Avant de se lancer dans la fabrication, il est important de vérifier la sensibilité des substances pyrotechniques au frottement, à l’impact et à la chaleur, ainsi que leur explosibilité. La nature du procédé de fabrication et les quantités acceptables dans les ateliers et les bâtiments d’entreposage et de séchage dépendront de ces propriétés.
Les précautions de base suivantes doivent être prises lors de la fabrication des substances et articles pyrotechniques:
Les distances suivantes sont recommandées:
Les distances entre les lieux de travail peuvent être réduites dans des circonstances favorables et si des murs protecteurs sont construits entre eux.
Des bâtiments séparés devraient être prévus pour les tâches ci-après: stockage et préparation des matières premières, mélangeage, stockage des compositions, traitement (emballage, compactage ou compression), séchage, finition (collage, application de laque, emballage, paraffinage, etc.), séchage et entreposage des produits finis et stockage de la poudre noire.
Les matières premières suivantes devraient être stockées dans des salles isolées: chlorates et perchlorates, perchlorate d’ammonium; nitrates, peroxydes et autres oxydants; métaux légers; substances combustibles; liquides inflammables; phosphore rouge; nitrocellulose. Cette dernière doit être maintenue humide. Les poudres métalliques doivent être protégées contre l’humidité, les acides gras et la graisse.
Les comburants devraient être stockés séparément.
Pour le mélangeage, les bâtiments à l’épreuve des explosions (trois murs résistants, un toit résistant et un mur soufflable fait de feuille de plastique) sont les plus appropriés. L’érection d’un mur protecteur devant le mur soufflable est recommandée. Les salles de mélangeage pour les substances contenant des chlorates ne devraient pas être employées pour des substances contenant des métaux ou du sulfure d’antimoine.
Pour le séchage, les bâtiments munis d’une portion soufflable et les bâtiments enterrés et munis d’un évent ont fait leurs preuves. Ils devraient être entourés d’un remblai. Dans les bâtiments de séchage, une température thermostatée de 50 °C est recommandée.
Dans les bâtiments de fabrication, il devrait y avoir des salles séparées pour le remplissage, la compression ou le compactage, le coupage, l’obturation et la fermeture des contenants; le laquage des substances pyrotechniques formées et comprimées; l’amorçage des substances pyrotechniques; le stockage des substances pyrotechniques et des intermédiaires; l’emballage et le stockage des substances emballées. Une rangée de bâtiments munis de portions soufflables s’est avérée être la meilleure solution. La résistance des murs intermédiaires devrait être appropriée à la quantité de substances manutentionnées et à leur nature. Voici quelques règles de base pour les bâtiments dans lesquels des matières potentiellement explosives sont utilisées ou présentes:
Les presses mécaniques devraient comporter des écrans ou des murs protecteurs de sorte que si le feu éclate, les travailleurs ne soient pas en danger et que le feu ne se propage pas aux postes de travail voisins. Si de grandes quantités de matériaux sont manipulées, les presses devraient se trouver dans des salles isolées et être actionnées de l’extérieur. Personne ne devrait rester dans la salle des presses. Des extincteurs devraient être fournis en nombre suffisant, être facilement repérables et vérifiés à intervalles réguliers. Ils devraient être choisis en fonction de la nature des substances présentes. Des extincteurs de catégorie D devraient être employés sur les poudres métalliques enflammées, et non de l’eau, de la mousse, des poudres chimiques sèches ou du gaz carbonique. Des douches, des couvertures de laine et des couvertures ignifuges sont recommandées pour éteindre les vêtements en flammes.
Les personnes qui entrent en contact avec les substances pyrotechniques ou sont exposées à être mises en danger par des rideaux de flammes devraient porter des vêtements de protection contre le feu et la chaleur. Ces vêtements devraient être dépoussiérés quotidiennement à un endroit désigné, pour être débarrassés de tous les contaminants.
Des mesures devraient être prises dans l’entreprise pour fournir les premiers soins en cas d’accidents.
Les déchets dangereux aux propriétés différentes devraient être recueillis séparément. Les bacs à rebuts doivent être vidés quotidiennement. Jusqu’à leur destruction, les déchets rassemblés devraient être conservés dans un endroit protégé, situé au moins à 15 m de n’importe quel bâtiment. En règle générale, les produits défectueux et les produits intermédiaires devraient être traités comme des déchets. Ils ne devraient subir un nouveau traitement que si la chose est faisable sans risque.
Quand des matières dangereuses pour la santé sont mises en oeuvre, il faut éviter tout contact direct. Les vapeurs, les poussières et les gaz nocifs devraient être évacués efficacement et sans créer de risque. Si les systèmes de ventilation sont insuffisants, des appareils de protection respiratoire devront être portés. Des vêtements de protection appropriés devraient être fournis.