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Chapitre 49 - Les rayonnements non ionisants

LES CHAMPS ÉLECTRIQUES ET MAGNÉTIQUES: EFFETS SUR LA SANTÉ

Bengt Knave

On s’est beaucoup intéressé, ces dernières années, aux effets biologiques et aux conséquences possibles pour la santé de faibles champs électriques et magnétiques. Des études ont été réalisées sur les champs magnétiques et leurs effets éventuels sur le cancer, la fonction de reproduction et les réactions neurocomportementales. Nous présentons, dans ce qui suit, un résumé des connaissances actuelles, ainsi qu’un aperçu des domaines qu’il reste encore à étudier et, en particulier, des différentes options possibles quant à la politique à adopter: non-intervention, «principe de précaution» ou interventions coûteuses.

Ce que nous savons

Le cancer

Les études épidémiologiques sur la relation entre la leucémie infantile et l’exposition résidentielle due aux lignes de transport d’électricité semblent révéler une légère augmentation du risque. De plus, on signale un risque excédentaire de leucémie et de tumeurs au cerveau dans les professions ayant rapport avec l’électricité. De récentes études, basées sur des techniques améliorées d’évaluation de l’exposition, ont généralement confirmé qu’il pourrait y avoir une association. On ne comprend cependant pas encore assez bien le rôle des caractéristiques de l’exposition (par exemple, fréquence du champ magnétique et exposition non continue) et on sait très peu de choses sur les éventuels facteurs parasites ou modificateurs. Par ailleurs, la plupart des études faites en milieu de travail ont mis en cause une forme particulière de la maladie, la leucémie myéloïde aiguë. Les quelques études oncologiques réalisées sur des animaux de laboratoire n’ont pas permis de mieux évaluer les risques et, malgré la multiplicité des études expérimentales sur les cellules, aucun mécanisme plausible et compréhensible n’a été présenté pour expliquer d’éventuels effets cancérogènes.

La reproduction et la grossesse

Les études épidémiologiques ont fait état de cas de grossesse à issue défavorable et de cancer infantile après une exposition de la mère ou du père à des champs magnétiques, avec une relation apparente entre l’exposition paternelle et un effet génotoxique. Les efforts que d’autres équipes de recherche ont déployés pour reproduire de tels résultats positifs n’ont cependant pas réussi. Les études épidémiologiques faites sur des opérateurs de terminaux à écran de visualisation, qui sont exposés aux champs électriques et magnétiques émis par leur écran, ont donné des résultats essentiellement négatifs et les études tératogéniques sur animaux de laboratoire exposés à des champs semblables à ceux des écrans de visualisation ont abouti à des résultats trop contradictoires pour qu’il soit possible d’en tirer des conclusions fiables.

Les réactions neurocomportementales

Des études de provocation menées sur de jeunes volontaires tendent à montrer que l’exposition à des champs électriques et magnétiques relativement faibles peut entraîner des changements physiologiques, comme un ralentissement du rythme cardiaque et des modifications de l’électroencéphalogramme (EEG). Le phénomène récemment invoqué d’hypersensibilité à l’électricité semble être dû à de multiples facteurs et il n’est même pas sûr que les champs soient en cause. On a signalé une vaste gamme de symptômes et de malaises, touchant principalement la peau et le système nerveux. La plupart des patients se plaignent d’effets cutanés diffus au visage (bouffées de chaleur, rougeurs, fourmillements, douleurs et tensions). Les symptômes liés au système nerveux comprennent: migraine, étourdissements, fatigue et lipothymie, fourmillements aux extrémités, essoufflement, palpitations, sudations abondantes, dépression et troubles de la mémoire. On n’a cependant signalé aucun symptôme organique caractéristique d’une maladie neurologique.

L’exposition

Les êtres humains sont exposés à des champs électriques et magnétiques en de nombreux endroits: à la maison, au travail, à l’école ou dans les moyens de transport électriques. Ces champs sont présents partout où se trouvent des fils ou des câbles sous tension, des moteurs électriques ou de l’équipement électronique. D’après les connaissances actuelles, un individu pourrait courir un risque accru s’il est exposé pendant la journée de travail à un champ moyen dépassant 0,2 à 0,4 µT (microtesla). Des moyennes annuelles d’exposition ont également été calculées pour ceux qui vivent à proximité de lignes de transport d’électricité.

Beaucoup de personnes sont exposées, mais pendant de courtes périodes, à des champs dont l’intensité dépasse ces niveaux, que ce soit à la maison (radiateurs électriques, rasoirs, sèche-cheveux et autres appareils électroménagers, ou courants parasites dus à des déséquilibres du système de mise à la terre d’un immeuble), au travail (dans les industries et les bureaux où les travailleurs se trouvent à proximité d’équipements électriques ou électroniques) ou pendant leurs déplacements en train ou par d’autres moyens de transport électriques. Les conséquences de telles expositions intermittentes ne sont pas connues. Il y a d’autres incertitudes au sujet de l’exposition (importance de la fréquence des champs, autres facteurs modificateurs ou parasites, exposition totale jour-nuit), des effets (cohérence des résultats quant au type de cancer causé) et de la validité des études épidémiologiques, qui imposent une grande prudence lors de l’évaluation des risques.

L’évaluation des risques

Des études scandinaves sur l’exposition résidentielle indiquent un doublement du risque de leucémie au-dessus de 0,2 µT, niveau d’exposition qui correspond aux valeurs typiques à une distance de 50 à 100 m d’une ligne de transmission aérienne. On observe cependant peu de cas de leucémie infantile à proximité de lignes de transport électriques. Par conséquent, le risque est faible comparé aux autres risques environnementaux. On a calculé qu’il y a chaque année deux cas de leucémie chez des enfants vivant au-dessous ou à proximité de ces lignes. Un de ces deux cas, au plus, pourrait être attribuable au champ magnétique.

L’exposition professionnelle aux champs magnétiques est en général plus importante que l’exposition résidentielle. En effet, le calcul du risque de leucémie et de tumeurs au cerveau donne des valeurs plus élevées dans le cas des travailleurs exposés que dans celui des enfants vivant à proximité de lignes de transmission. D’après une étude suédoise du risque attribuable, les champs magnétiques pourraient causer chaque année une vingtaine de cas de leucémie et une vingtaine de cas de tumeurs au cerveau. Signalons, pour fins de comparaison, que 40 000 cas de cancer sont diagnostiqués tous les ans en Suède et que, d’après les calculs, 800 d’entre eux auraient une origine professionnelle.

Ce qu’il nous reste à découvrir

Il est évident que d’autres recherches sont nécessaires pour mieux comprendre les résultats des études épidémiologiques réalisées jusqu’ici. D’autres études épidémiologiques sont actuellement en cours un peu partout dans le monde, mais il reste à voir si elles combleront les lacunes des connaissances actuelles. En fait, nous ne savons pas quelles caractéristiques des champs ont un effet causal, si tant est qu’il en existe un. Nous devons donc examiner de plus près les mécanismes susceptibles d’expliquer les phénomènes constatés.

La littérature décrit un grand nombre d’études in vitro consacrées à la recherche de mécanismes possibles. On a proposé plusieurs modèles de promotion du cancer: changements dans le transfert d’ions de calcium à la surface des cellules et à travers la membrane cellulaire, rupture des communications cellulaires, modulation de la croissance des cellules, activation de séquences de gènes spécifiques par transcription modulée de l’acide ribonucléique (ARN), diminution de la production de mélatonine épiphysaire, modulation de l’activité de l’ornithine-décarboxylase et dérèglement d’origine hormonale et immunitaire des mécanismes antitumoraux. Chacun de ces mécanismes a certaines caractéristiques pouvant expliquer les effets cancérogènes supposés des champs magnétiques. Toutefois, aucune des explications données n’échappe aux incertitudes ou aux objections fondamentales.

La mélatonine et la magnétite

Deux mécanismes susceptibles de favoriser le cancer méritent un examen particulier: la réduction des niveaux nocturnes de mélatonine induite par les champs magnétiques et la présence, récemment découverte, de cristaux de magnétite dans les tissus humains.

Les études sur animaux ont établi que la mélatonine, par son action sur les niveaux d’hormones sexuelles en circulation, a indirectement des effets oncostatiques. D’autres études, également sur animaux, ont montré que les champs magnétiques entravent la production de mélatonine épiphysaire, ce qui suggère un mécanisme théorique pouvant expliquer, par exemple, l’augmentation signalée de cas de cancer du sein associés à l’exposition à de tels champs. Une autre explication du risque accru de cancer a récemment été proposée. On sait que la mélatonine est un capteur extrêmement puissant de radicaux hydroxyle, ce qui revient à dire qu’elle inhibe très sensiblement l’action nocive des radicaux libres sur l’ADN. Si les niveaux de mélatonine sont réduits, sous l’effet de champs magnétiques par exemple, l’ADN devient plus vulnérable aux attaques oxydantes. Cette théorie explique comment les champs magnétiques pourraient causer une hausse de la fréquence du cancer en réduisant la production de mélatonine.

Toutefois, les niveaux sanguins de mélatonine diminuent-ils vraiment chez les humains exposés à des champs magnétiques faibles? Certains faits le suggèrent, mais d’autres recherches sont nécessaires pour le confirmer. On sait depuis quelques années que les oiseaux migrateurs arrivent à s’orienter, durant leurs migrations saisonnières, grâce à la présence dans leurs cellules de cristaux de magnétite qui réagissent au champ magnétique terrestre. Comme nous l’avons dit plus haut, il est maintenant établi que les cellules humaines contiennent des cristaux de magnétite en concentration suffisante pour réagir à de faibles champs magnétiques. Il importe donc de considérer le rôle de ces cristaux dans toute étude des mécanismes pouvant expliquer d’éventuels effets nocifs des champs électriques et magnétiques.

Les recherches nécessaires

En résumé, il est clair que nous devons étudier davantage les mécanismes éventuels. Les épidémiologistes ont besoin de savoir quelles caractéristiques des champs électriques et magnétiques ils devraient prendre en compte dans leurs évaluations de l’exposition. Dans la plupart des études épidémiologiques, on s’est servi des valeurs efficace ou moyenne des champs (à une fréquence de 50 à 60 Hz). Certains chercheurs se sont également basés sur des mesures de l’exposition cumulée. Dans une récente étude, il apparaissait que des champs de plus haute fréquence étaient liés à des risques. Enfin, des études sur animaux ont révélé que les champs transitoires ont également une importance. Pour les épidémiologistes, ce ne sont pas les effets qui posent des problèmes puisqu’il existe aujourd’hui des registres des maladies dans la plupart des pays. La difficulté, pour eux, est de déterminer quelles caractéristiques significatives de l’exposition sont à prendre en compte dans leurs études.

Quelle politique doit-on adopter?

Les systèmes de protection

Les pouvoirs publics se fondent généralement sur différents systèmes de protection pour établir des règlements, des lignes directrices et des politiques. Le plus souvent, c’est le système fondé sur les critères de santé qu’ils choisissent: dans ce système, un effet dommageable précis correspond à un certain niveau d’exposition, que l’exposition soit chimique ou physique. Le deuxième système se base sur l’optimisation d’un risque connu et accepté, sans qu’il existe un seuil en deçà duquel le risque est absent. Les rayonnements ionisants constituent un exemple d’exposition qui tombe dans cette catégorie. Un troisième système couvre les dangers ou risques pour lesquels on n’a pas établi avec certitude l’existence d’une relation causale entre l’exposition et l’effet, mais qui suscitent des préoccupations générales. Ce dernier système de protection se fonde sur le principe de précaution , qui se résume ainsi: en l’absence de certitude scientifique, il vaut mieux éviter toute exposition inutile future, sans pour autant engager de dépenses excessives. C’est dans cette perspective que la question de l’exposition aux champs électriques et magnétiques a été abordée et que des stratégies systématiques ont été mises au point, pour concevoir, par exemple, des lignes de transport électrique, des lieux de travail et des appareils électroménagers qui minimisent l’exposition.

Il est clair que le système fondé sur l’optimisation ne peut pas s’appliquer aux champs électriques et magnétiques simplement parce qu’ils ne sont pas connus et acceptés comme risques. Toutefois, les deux autres systèmes mentionnés restent à l’examen actuellement.

La limitation de l’exposition dans le système fondé sur les critères de santé

Dans les recommandations internationales, les limites d’exposition aux champs électriques et magnétiques sont supérieures de plusieurs ordres de grandeur aux valeurs que l’on peut mesurer à proximité des lignes de transmission et dans les professions ayant rapport avec l’électricité. En 1990, l’Association internationale pour la protection contre les rayonnements (International Radiation Protection Association (IRPA)) a publié le document Guidelines on Limits of Exposure to 50/60 Hz Electric and Magnetic Fields , qui a servi de base aux normes nationales de beaucoup de pays. Comme d’importantes nouvelles études avaient été réalisées par la suite, la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP)) a fait paraître un additif en 1993, et des évaluations de risques conformes aux recommandations de l’IRPA ont été effectuées en 1993, au Royaume-Uni.

Il ressort de ces documents que l’on ne peut pas en toute rigueur se fonder sur les connaissances scientifiques actuelles pour imposer des limites d’exposition de l’ordre du microtesla et que d’autres études sont nécessaires pour confirmer l’existence de risques pour la santé. Les lignes directrices de l’IRPA et de l’ICNIRP, se basant sur les effets des courants que les champs induisent dans le corps par rapport aux courants qui peuvent y circuler normalement (jusqu’à environ 10 mA/m2), recommandent de limiter l’exposition des travailleurs aux champs magnétiques de 50/60 Hz à 0,5 mT pendant toute la journée et à 5 mT pendant de courtes périodes ne dépassant pas 2 heures. Elles recommandent en outre de limiter l’exposition aux champs électriques respectivement à 10 et à 30 kV/m dans les mêmes conditions. Pour le public, les limites de 24 heures sont fixées à 0,1 mT et 5 kV/m.

Ces recommandations pour l’exposition se fondent exclusivement sur les études établissant un rapport avec le cancer. Quant aux autres effets possibles sur la santé des champs électriques et magnétiques (par exemple, troubles de la fonction de reproduction et désordres neurocomportementaux), on considère en général que les résultats obtenus jusqu’ici ne sont pas assez concluants et cohérents pour servir de base à des limites d’exposition.

Le principe de précaution

Il n’y a pas réellement de différence entre le principe de précaution et le concept d’abstention prudente qui est particulièrement associé aux champs électriques et magnétiques. Comme nous l’avons dit plus haut, le principe de précaution consiste à éviter toute exposition inutile future, sans engager de dépenses excessives, tant que subsiste l’incertitude scientifique au sujet des effets sur la santé. Ce concept a été adopté dans ce domaine en Suède, mais non dans les autres pays.

En Suède, cinq organismes publics (l’Institut suédois de protection contre les rayonnements, le Conseil national de la sécurité électrique, le Conseil national de la santé et de la protection sociale, le Conseil national de la sécurité et de l’hygiène du travail et le Conseil national du logement, de la construction et de la planification) ont déclaré conjointement que «les connaissances accumulées jusqu’ici justifient que l’on prenne des mesures de réduction de l’intensité des champs magnétiques et électriques». La politique adoptée consiste à éviter l’exposition prolongée à des champs magnétiques élevés, s’il est possible de le faire à un prix raisonnable. Avant d’installer de nouveaux équipements ou de nouvelles lignes de transport d’électricité pouvant exposer des personnes à des champs magnétiques élevés, il convient d’envisager des solutions causant des expositions moindres, sans imposer d’interventions complexes ou coûteuses. Comme le mentionne l’Institut suédois de protection contre les rayonnements, il est en général possible de réduire les champs magnétiques, sans dépenses excessives, dans les cas où les niveaux d’exposition dépassent dix fois les niveaux naturels. Si le niveau d’exposition dû à des installations existantes ne dépasse pas dix fois le niveau naturel, il est préférable d’éviter une reconstruction coûteuse. Il va sans dire que le principe de précaution est critiqué par de nombreux experts de différents pays, particulièrement dans l’industrie de production de l’énergie électrique.

Conclusion

Nous avons présenté dans cet article un résumé, fondé sur les connaissances actuelles, des effets sur la santé des champs électriques et magnétiques, ainsi qu’un aperçu des domaines qu’il reste nécessaire d’étudier. Sans recommander une politique particulière, nous avons proposé un certain nombre de systèmes facultatifs de protection. Il nous semble clair, d’après les données scientifiques accumulées jusqu’ici, que l’on ne peut pas imposer des limites d’exposition de l’ordre du microtesla, et que, par conséquent, rien ne justifie de coûteuses interventions pour de tels niveaux. Quant à la décision d’adopter ou non une stratégie de précaution, elle appartient aux pouvoirs publics et aux responsables de l’hygiène du travail de chaque pays. S’ils choisissent de ne pas le faire, cela implique de renoncer à toute restriction parce que les seuils basés sur les critères de santé sont nettement supérieurs aux niveaux d’exposition courants du public et des travailleurs. De toute façon, si les opinions diffèrent aujourd’hui au sujet des règlements, recommandations et politiques à adopter, les responsables des organismes de réglementation s’entendent au moins sur un point: d’autres recherches sont nécessaires si l’on veut établir une base solide pour les interventions futures.

LE SPECTRE ÉLECTROMAGNÉTIQUE: CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DE BASE

Kjell Hansson Mild

La lumière du soleil est la forme d’énergie électromagnétique que nous connaissons le mieux. La fréquence de cette lumière (spectre visible) constitue la limite entre les rayonnements ionisants très actifs (rayons X, rayons cosmiques) de fréquence supérieure et les rayonnements non ionisants, beaucoup plus bénins, de fréquence inférieure. Les rayonnements non ionisants forment un spectre, que nous examinons dans ce chapitre. A l’extrémité supérieure, juste au-dessous de la lumière visible, il y a le rayonnement infrarouge. Au-dessous, on trouve la large gamme des radiofréquences, qui comprend (par ordre descendant) les ondes hyperfréquences, les ondes de radiotéléphonie mobile, la télévision, la radio en modulation de fréquence et la radio en modulation d’amplitude, les ondes courtes utilisées pour le chauffage diélectrique et par induction et, à l’extrémité inférieure, les champs à la fréquence du secteur. La figure 49.1 présente un schéma du spectre électromagnétique.

Figure 49.1 Le spectre électromagnétique

Figure 49.1

Tout comme la lumière visible et le son, les champs électromagnétiques sont présents partout dans notre environnement et dans l’espace où nous vivons et travaillons. Et, comme l’énergie acoustique à laquelle nous sommes exposés, la plupart de ces champs sont d’origine humaine, depuis les champs de faible intensité provenant des appareils électriques et des récepteurs de radio et de télévision dont nous nous servons tous les jours jusqu’aux champs intenses à usage médical auxquels on nous soumet à des fins bénéfiques (traitements de diathermie, par exemple). En général, l’énergie de ces champs s’atténue rapidement avec la distance. Dans l’environnement, les niveaux naturels de ces champs sont assez bas.

Les rayonnements non ionisants (RNI) recouvrent tous les rayonnements et champs du spectre électromagnétique qui ne possèdent pas assez d’énergie photonique pour ioniser la matière. En effet, les RNI ne peuvent pas céder suffisamment d’énergie à une molécule ou un atome pour en modifier la structure en lui enlevant un ou plusieurs électrons. La frontière entre les rayonnements ionisants et non ionisants est ordinairement fixée à une longueur d’onde d’environ 100 nanomètres (ce qui correspond à 12,4 ev en énergie photonique).

Comme toute autre forme d’énergie, les RNI ont le pouvoir d’agir sur les systèmes biologiques, avec des effets qui peuvent être insignifiants, nocifs à différents degrés ou encore bénéfiques. Dans le cas des radiofréquences (RF) et des ondes hyperfréquences, le principal mécanisme d’interaction est l’effet thermique, mais ce n’est pas le cas dans la zone basse fréquence du spectre, où des champs de forte intensité peuvent induire des courants dangereux dans le corps. Toutefois, les mécanismes d’interaction des champs de faible intensité demeurent inconnus.

Les quantités et les unités

Au-dessous d’une fréquence approximative de 300 MHz, les RNI sont définis par le champ électrique (E) et le champ magnétique (H) . E est exprimé en volts par mètre (V/m) et H, en ampères par mètre (A/m). Il s’agit dans les deux cas de quantités vectorielles, c’est-à-dire qui se caractérisent en chaque point par une amplitude, un sens et une direction. Dans la gamme des basses fréquences, le champ magnétique est souvent exprimé par la densité de flux (ou induction magnétique) B, dont l’unité SI est le tesla (T). Pour mesurer les champs les plus courants dans l’environnement, on préfère utiliser comme sous-unité le microtesla (µT). On trouve encore des documents dans lesquels la densité de flux est exprimée en gauss (G). La conversion entre les différentes unités se base sur les facteurs suivants (dans l’air): 1 T = 104 G ou 0,1 µT = 1 mG et 1 A/m = 1,26 µT.

On peut trouver une abondante documentation sur les concepts, les quantités et la terminologie utilisés dans le domaine de la protection contre les RNI, y compris les radiofréquences (NCRP, 1981; Polk et Postow, 1986; OMS, 1993).

Le mot rayonnement désigne simplement une énergie transmise par des ondes. Les ondes électromagnétiques sont des ondes d’énergie électrique et magnétique, un mouvement ondulatoire étant défini comme la propagation d’une perturbation dans un milieu physique. Un changement du champ électrique est accompagné d’un changement du champ magnétique et vice versa. Ces phénomènes ont été décrits en 1865 par J.C. Maxwell dans quatre équations connues aujourd’hui sous le nom de formules de Maxwell.

Les ondes électromagnétiques se caractérisent par un ensemble de paramètres comprenant la fréquence (f) , la longueur d’onde (l), l’intensité de champ électrique, l’intensité de champ magnétique, la polarisation électrique (P) (direction du champ E), la vitesse de propagation (c) et le vecteur de Poynting (S) . La figure 49.2 illustre la propagation d’une onde électromagnétique dans l’espace. La fréquence est définie par le nombre de cycles complets décrits par le champ électrique ou magnétique en un point donné en une seconde. Elle est exprimée en hertz (Hz). La longueur d’onde est la distance entre deux crêtes ou deux creux consécutifs. La fréquence, la longueur d’onde et la vitesse de propagation (v) sont liées par la formule:

v = fλ

Figure 49.2 Onde plane se propageant à la vitesse de la lumière dans la direction X

Figure 49.2

La vitesse de propagation d’une onde électromagnétique dans l’espace est égale à la vitesse de la lumière. Dans un milieu, elle dépend des propriétés électriques du milieu, qui sont définies par sa permittivité (ε) et sa perméabilité (µ). La permittivité mesure l’interaction du milieu avec le champ électrique et la perméabilité, son interaction avec le champ magnétique. Les substances biologiques ont une permittivité très différente de celle du vide, qui dépend de la longueur d’onde (surtout dans la gamme des radiofréquences) et du type de tissu. Cependant, la perméabilité des substances biologiques est égale à celle du vide.

Dans le cas d’une onde plane (voir figure 49.2), le champ électrique est perpendiculaire au champ magnétique et la direction de propagation est normale aux plans formés des deux champs.

Pour une onde plane, le rapport constant de la valeur du champ électrique et de la valeur du champ magnétique est connu sous le nom d’impédance caractéristique (Z):

Z = E/H

Dans le vide, Z = 120 π ~ 377 Ω. Dans les autres cas, Z dépend de la permittivité et de la perméabilité du milieu que l’onde traverse.

Le transfert d’énergie est décrit par le vecteur de Poynting, qui représente la valeur et la direction de la densité de flux électromagnétique:

S = E × H

Dans le cas d’une onde de propagation, l’intégrale de S sur une surface représente la puissance instantanée transmise à travers la surface (densité d’énergie). La longueur du vecteur de Poynting est exprimée en watts par mètre carré (W/m2) (on trouve dans certains documents l’unité mW/cm2 qui, convertie en unités SI, vaut 10 W/m2). Pour une onde plane, elle est liée aux valeurs du champ électrique et du champ magnétique par la formule:

S = E2/120 π = E2/377

et

S = 120 πH2 = 377 H2

Les conditions d’exposition que l’on rencontre en pratique ne peuvent pas toutes être représentées par des ondes planes. C’est en particulier le cas à proximité des sources de rayonnement RF. Le champ électromagnétique rayonné par une antenne peut être subdivisé en deux régions: le champ proche et le champ lointain, la limite entre les deux étant ordinairement placée à:

r = 2a2

a est la plus grande dimension de l’antenne.

En champ proche, l’exposition doit être caractérisée tant par le champ électrique que par le champ magnétique. En champ lointain, un seul des deux champs suffit parce qu’ils sont liés par les équations précédentes incluant E et H. En pratique, le cas du champ proche est souvent réalisé aux fréquences inférieures à 300 MHz.

L’exposition aux champs RF est compliquée davantage par l’interaction des ondes électromagnétiques avec les objets qui se trouvent sur leur parcours. En général, lorsqu’une onde électromagnétique rencontre un objet, une partie de l’énergie incidente est réfléchie, une autre partie est absorbée et le reste est transmis. La répartition de l’énergie entre les trois parties dépend de la fréquence et de la polarisation du champ, ainsi que des propriétés électriques et de la forme de l’objet. La superposition des ondes incidente et réfléchie peut donner lieu à des ondes stationnaires et à une répartition spatiale irrégulière du champ. Des ondes stationnaires se forment souvent aux alentours des objets métalliques parce qu’ils provoquent une réflexion totale de l’onde incidente.

Comme l’interaction des champs RF avec les systèmes biologiques dépend d’un grand nombre de caractéristiques différentes du champ et que les champs qu’on trouve en pratique sont complexes, il importe de considérer les facteurs suivants lorsqu’on décrit l’exposition à des champs RF:

Pour une exposition à des champs magnétiques basse fréquence, on ne sait pas encore si c’est l’intensité du champ ou la densité de flux qui est le seul facteur déterminant. Il se peut que d’autres facteurs entrent en ligne de compte, comme la durée de l’exposition et la vitesse de variation du champ.

L’expression champ électromagnétique , telle qu’elle est utilisée dans les médias et la presse de vulgarisation, se rapporte d’ordinaire aux champs électriques et magnétiques situés à l’extrémité basse fréquence du spectre, mais on l’emploie aussi dans un sens beaucoup plus large pour l’appliquer à l’ensemble du spectre électromagnétique. Il y a lieu de noter que, dans la gamme des basses fréquences, les champs E et B ne sont pas couplés ou liés de la même façon qu’ils le sont dans la gamme des hautes fréquences et qu’il convient donc, dans ce cas, de considérer séparément le champ électrique et le champ magnétique plutôt que de les regrouper sous l’appellation «champ électromagnétique».

LE RAYONNEMENT ULTRAVIOLET

David H. Sliney

Les rayons ultraviolets (UV) sont un type de rayonnement optique dont la longueur d’onde est plus courte que celle de la lumière visible et dont les photons (particules de rayonnement) ont une plus grande énergie. Ils sont présents dans la lumière solaire et dans la plupart des sources de lumière; ils sont également émis par de nombreuses sources utilisées dans l’industrie, les sciences et la médecine. Les travailleurs de maintes professions peuvent y être exposés. Dans certains cas, lorsque la lumière ambiante est faible, des sources très intenses en ultraviolet proche (lumière noire) sont visibles, mais les UV sont d’ordinaire invisibles: on ne peut les détecter que parce qu’ils rendent certaines substances fluorescentes.

Comme la lumière, qui peut se décomposer en donnant les couleurs de l’arc-en-ciel, les UV se subdivisent en composantes désignées par UV-A, UV-B et UV-C. Les longueurs d’ondes de la lumière et des UV sont généralement exprimées en nanomètres (nm), 1 nm étant égal à un milliardième de mètre (10–9 m). Les UV-C solaires (UV de très courte longueur d’onde) sont absorbés par l’atmosphère et n’atteignent donc pas la surface de la terre. On peut produire des UV-C à l’aide de sources artificielles, com-me les lampes germicides, qui émettent la plus grande partie de leur énergie à une longueur d’onde unique (254 nm) extrêmement efficace pour tuer les bactéries et les virus sur les surfaces et dans l’air.

Les UV-B sont la composante des ultraviolets qui est la plus dommageable biologiquement pour la peau et les yeux. Même si l’énergie des UV-B solaires est en grande partie absorbée par l’atmosphère, la partie du rayonnement qui atteint la terre cause les coups de soleil et d’autres effets biologiques plus graves. Les ultraviolets à grande longueur d’onde, appelés UV-A, sont également présents dans la lumière de la plupart des lampes. Ils forment l’essentiel des UV solaires qui atteignent la terre. Les UV-A peuvent pénétrer profondément dans les tissus, mais ils ne présentent pas autant de risques sur le plan biologique que les UV-B, parce que l’énergie de chacun de leurs photons est sensiblement inférieure à celle des photons UV-B et UV-C.

Les sources de rayonnement ultraviolet

La lumière solaire

Les personnes qui travaillent à l’extérieur sont les plus exposées aux rayons ultraviolets. L’énergie du rayonnement solaire est fortement atténuée par la couche d’ozone qui entoure la terre, limitant les UV aux longueurs d’onde supérieures à 290-295 nm. L’énergie beaucoup plus dangereuse des UV-B dépend dans une large mesure de l’inclinaison des rayons incidents et varie donc avec la saison et l’heure du jour (Sliney, 1986, 1987; OMS, 1994).

Les sources artificielles

Parmi les sources artificielles d’UV, il importe de signaler les suivantes:

Soudage industriel à l’arc . L’énergie rayonnante de l’arc de soudage constitue la plus importante source potentielle d’exposition. Les niveaux d’UV aux alentours de l’arc sont extrêmement élevés: ils peuvent produire des lésions oculaires et cutanées aiguës après trois à dix minutes d’exposition à une distance de quelques mètres. La protection des yeux et de la peau est donc obligatoire.

Lampes UV industrielles. Beaucoup de procédés industriels et commerciaux, comme le séchage ou la cuisson photochimique des encres, des peintures et des plastiques, font appel à des lampes qui émettent fortement dans la gamme des ultraviolets. Même si la probabilité d’une exposition nocive est faible, par suite de la protection utilisée, on ne peut exclure le risque d’une exposition accidentelle.

Lampes à lumière noire . Les lampes à lumière noire sont des ampoules spécialisées qui émettent surtout dans la gamme des UV et qui servent dans diverses applications: essais non destructifs à l’aide de poudres fluorescentes, authentification de billets de banque et de documents et production d’effets spéciaux en publicité et dans les discothèques. Ces lampes ne présentent pas de risques significatifs pour les humains (sauf dans certains cas de photosensibilisation de la peau).

Traitements médicaux . Les lampes à ultraviolets sont utilisées en médecine à différentes fins diagnostiques et thérapeutiques. Les sources d’UV-A servent ordinairement dans les applications diagnostiques. L’exposition des patients varie beaucoup avec le genre de traitement. Les lampes UV utilisées en dermatologie nécessitent une manipulation très soigneuse par le personnel médical.

Lampes germicides . Dans la bande de 250-265 nm, les UV sont très efficaces comme moyen de stérilisation et de désinfection, parce que ces longueurs d’onde correspondent à un maximum dans le spectre d’absorption de l’ADN. On se sert souvent, comme source d’ultraviolets, de tubes à décharge basse pression à vapeur de mercure, dont l’énergie rayonnée se situe à plus de 90% à 254 nm. Ces tubes sont souvent appelés «lampes germicides», «lampes bactéricides» ou simplement «lampes UV-C». Les lampes germicides sont également utilisées dans les hôpitaux pour combattre les infections d’origine tuberculeuse et, à l’intérieur des cabines de sécurité microbiologique, pour neutraliser les micro-organismes en suspension dans l’air ou déposés sur des surfaces. Une installation correcte de ces lampes est essentielle, de même qu’une bonne protection des yeux.

Salons de bronzage . Ces salons sont équipés de lits spéciaux éclairés par des lampes émettant principalement dans la gamme des UV-A, mais aussi, dans une certaine mesure, dans la gamme des UV-B. La fréquentation régulière de tels établissements peut faire augmenter de façon non négligeable la dose annuelle d’ultraviolets reçue par la peau. De plus, il arrive souvent que le personnel de ces salons soit également exposé à de faibles niveaux de rayonnement. La protection des yeux à l’aide de lunettes ordinaires de soleil ou de lunettes à coques devrait être obligatoire pour les clients et, selon la disposition des lieux, les membres du personnel eux-mêmes pourraient avoir besoin d’une protection oculaire.

Eclairage général . Des tubes fluorescents sont couramment installés dans les lieux de travail et les logements depuis des années. Ces tubes émettent de petites quantités d’UV, dont la contribution à l’exposition annuelle ne dépasse cependant pas quelques centièmes. Les lampes à incandescence à halogène sont aussi d’un usage de plus en plus courant à la maison et au travail, où elles servent à différentes fins d’éclairage et de présentation. Les lampes à halogène non protégées peuvent émettre suffisamment d’UV pour causer des lésions aiguës à courte distance. Toutefois, elles ne présentent aucun danger une fois munies de filtres en verre.

Les effets biologiques

La peau

L’érythème

L’érythème, ou coup de soleil, se caractérise par une rougeur de la peau qui se manifeste dans les quatre à huit heures suivant l’exposition aux ultraviolets, puis disparaît progressivement après quelques jours. Un grave érythème peut entraîner la formation d’ampoules et une desquamation. Les UV-B et les UV-C sont environ mille fois plus puissants que les UV-A à cet égard (Parrish, Jaenicke et Anderson, 1982), mais l’érythème provoqué par les UV-B à grande longueur d’onde (295 à 315 nm) est le plus grave et le plus persistant (Hausser, 1928), par suite d’une pénétration plus profonde dans l’épiderme. Il semble que la peau soit la plus sensible aux alentours de 295 nm (Luckiesh, Holladay et Taylor, 1930; Coblentz, Stair et Hogue, 1931), la sensibilité étant bien moindre (environ 0,07) à partir de 315 nm (McKinlay et Diffey, 1987).

A une longueur d’onde de 295 nm, la dose d’érythème (dose de rayonnement nécessaire pour produire rougeur et pigmentation, souvent désignée en français par le sigle HED) mentionnée dans les études les plus récentes va de 6 à 30 mJ/cm2 pour une peau non bronzée légèrement pigmentée (Everett, Olsen et Sayer, 1965; Freeman et coll., 1966; Berger, Urbach et Davies, 1968). A 254 nm, la HED varie considérablement avec le temps écoulé après l’exposition et le niveau d’exposition antérieur de la peau, mais elle est en général de l’ordre de 20 mJ/cm2 et peut atteindre 0,1 J/cm2. La pigmentation et le bronzage de la peau, et surtout l’épaississement de la couche cornée, peuvent augmenter la HED d’un ordre de grandeur.

La photosensibilisation

Les spécialistes de la santé au travail constatent souvent chez les travailleurs photosensibilisés les effets nocifs de l’exposition professionnelle aux UV. La photosensibilisation aux UV découle de l’utilisation de certains médicaments ou de l’application topique de certains produits (parfums, lotions hydratantes, etc.). Les réactions aux agents photosensibilisants résultent tant de la photo-allergie (réaction allergique de la peau) que de la phototoxicité (irritation de la peau) après l’exposition aux UV d’origine solaire ou industrielle (les réactions de photosensibilisation sont également courantes en cas d’utilisation de matériel de bronzage). La photosensibilisation de la peau peut être due à des crèmes ou à des pommades, à des médicaments pris par voie buccale ou par injection ou encore à l’utilisation d’inhalateurs sur prescription médicale (voir figure 49.3). Le médecin qui prescrit un médicament pouvant avoir des effets photosensibilisants devrait toujours avertir le patient pour que celui-ci prenne les précautions nécessaires. Toutefois, il arrive souvent que le médecin conseille seulement d’éviter le soleil, sans mentionner les sources de rayonnement UV (parce que le public est rarement exposé à ces sources).

Figure 49.3 Exemples d'agents photosensibilisants

Figure 49.3

Les effets différés

L’exposition chronique au soleil — et surtout aux UV-B — accélère le vieillissement de l’épiderme et accroît le risque de cancer de la peau (Fitzpatrick et coll., 1974; Forbes et Davies, 1982; Urbach, 1969; Passchier et Bosnjakovic, 1987). Plusieurs études épidémiologiques ont établi que l’incidence du cancer de la peau présente une forte corrélation avec la latitude, l’altitude et la nébulosité, facteurs qui, eux-mêmes, sont en corrélation avec l’exposition aux UV (Scotto, Fears et Gori, 1980; OMS, 1993).

On n’a pas encore défini de relation quantitative exacte dose-effet permettant de prévoir le développement de cancers de la peau chez les humains, mais on sait que les individus à peau claire, en particulier d’ascendance celte, sont davantage prédisposés que les autres à ce type de cancer. Il faut noter, néanmoins, que l’exposition nécessaire pour produire des tumeurs de la peau chez les animaux peut être suffisamment étalée dans le temps pour ne pas causer d’érythème et que l’efficacité relative (par rapport à la crête de 302 nm) signalée dans ces études varie de la même façon que pour le coup de soleil (Cole, Forbes et Davies, 1986; Sterenborg et van der Leun, 1987).

L’œil

La photokératite et la photoconjonctivite

La photokératite et la photoconjonctivite sont des réactions inflammatoires aiguës dues aux UV-B et aux UV-C, qui se manifestent quelques heures après une exposition excessive et disparaissent normalement un ou deux jours plus tard.

Les lésions rétiniennes dues à une lumière vive

Même s’il est peu probable qu’une source lumineuse puisse causer des brûlures à la rétine, l’exposition à des sources riches en lumière bleue peut provoquer des dommages photochimiques, susceptibles de causer des réductions temporaires ou permanentes de l’acuité visuelle. Toutefois, la réaction normale d’aversion à la lumière vive devrait prévenir cet effet, sauf si une personne fait un effort délibéré pour fixer la source. La contribution des UV aux lésions rétiniennes est généralement très faible, parce que l’absorption des ultraviolets par le cristallin limite l’exposition de la rétine.

Les effets chroniques

L’exposition professionnelle aux UV pendant des dizaines d’années peut contribuer à la formation de cataractes et à l’apparition d’autres effets dégénératifs non reliés à l’œil, comme le vieillissement de l’épiderme et le cancer de la peau associés à l’exposition au soleil. L’exposition chronique au rayonnement infrarouge peut également accroître le risque de cataracte, mais avec une faible probabilité, compte tenu de la possibilité de se protéger les yeux.

Les ultraviolets actiniques (UV-B et UV-C) sont fortement ab-sorbés par la cornée et la conjonctive. La surexposition de ces tissus cause la kératoconjonctivite, couramment appelée «conjonctivite du soudeur» ou «ophtalmie des neiges». Pitts a décrit le spectre d’action biologique et l’évolution de la photokératite dans la cornée de l’humain, du lapin et du singe (Pitts, 1974). La période de latence varie en raison inverse de la gravité de l’exposition (1 heure et demie à 24 heures, mais ordinairement entre 6 et 12 heures), le malaise disparaissant d’habitude dans les 48 heures. La conjonctivite apparaît alors; elle peut être accompagnée d’érythème de la peau du visage, autour des paupières. L’exposition aux UV, bien entendu, provoque rarement des lésions oculaires permanentes. Pitts et Tredici (1971) ont publié les seuils d’exposition pouvant provoquer la photokératite chez les humains, à intervalles de 10 nm entre 220 et 310 nm. La cornée serait la plus sensible à 270 nm, ce qui est très nettement différent du maximum pour la peau. On peut supposer que le rayonnement à 270 nm est biologiquement plus actif par suite de l’absence d’une couche cornée pouvant atténuer la dose reçue par le tissu épithélial de la cornée aux longueurs d’onde plus courtes. Selon ces études, le spectre d’action biologique ne variait pas autant que dans le cas de l’érythème, se situant entre 4 et 14 mJ/cm2 à 270 nm. Le seuil correspondant à 308 nm était d’environ 100 mJ/cm2.

Des expositions répétées de l’œil à des niveaux potentiellement dangereux d’UV n’augmentent pas le pouvoir protecteur du tissu affecté (la cornée) comme le fait l’exposition de la peau (pigmentation et épaississement de la couche cornée). Ringvold et ses collaborateurs ont étudié les propriétés d’absorption des UV par la cornée (Ringvold, 1980a) et l’humeur aqueuse (Ringvold, 1980b), ainsi que les effets des UV-B sur l’épithélium cornéen (Ringvold, 1983), le stroma cornéen (Ringvold et Davanger, 1985) et l’endothélium cornéen (Ringvold, Davanger et Olsen, 1982; Olsen et Ringvold, 1982). Leurs études au microscope électronique ont montré que le tissu cornéen possède de remarquables propriétés de régénération. Bien qu’il y ait eu manifestement des dommages importants dans toutes ces couches, apparaissant initialement dans les membranes cellulaires, la reconstitution morphologique était complète au bout d’une semaine. La destruction de kératocytes était évidente dans le stroma, mais la reconstitution de l’endothélium était prononcée, en dépit du fait que les cellules endothéliales ne se régénèrent pas normalement rapidement. Cullen et ses collaborateurs (1984) ont étudié les lésions endothéliales qui subsistaient à la suite d’une exposition persistante aux UV. Riley et ses collaborateurs (1987) ont également étudié l’endothélium cornéen après exposition aux UV-B et ont conclu que des atteintes ponctuelles même graves étaient peu susceptibles d’avoir des effets différés; toutefois, ils ont aussi abouti à la conclusion qu’une exposition chronique pouvait accélérer les changements de l’endothélium correspondant au vieillissement de la cornée.

Les longueurs d’onde supérieures à 295 nm peuvent traverser la cornée et sont presque complètement absorbées par le cristallin. Pitts, Cullen et Hacker (1977b) ont établi que les lapins pouvaient développer des cataractes à des longueurs d’onde comprises entre 295 et 320 nm. Les seuils d’exposition produisant une opacité temporaire se situaient entre 0,15 et 12,6 J/cm2, selon la longueur d’onde, le seuil minimal se trouvant à 300 nm. L’opacité ne devenait permanente qu’à des niveaux d’exposition supérieurs. Le cristallin ne semblait pas affecté entre 325 et 395 nm, même à des niveaux d’exposition allant de 28 à 162 J/cm2 (Pitts, Cullen et Hacker, 1977a; Zuclich et Connolly, 1976). Ces études établissent clairement, comme on pouvait s’y attendre, le danger particulier de l’intervalle spectral situé entre 300 et 315 nm, dans lequel les photons ont une bonne pénétration et possèdent suffisamment d’énergie pour causer des dommages photochimiques.

Taylor et ses collaborateurs (1988) ont fourni des preuves épidémiologiques du rôle que les UV-B solaires jouent dans l’étiologie de la cataracte sénile, mais n’ont pas trouvé de corrélation entre la cataracte et l’exposition aux UV-A. L’hypothèse selon laquelle les UV-A peuvent causer la cataracte, souvent admise auparavant à cause de la forte absorption des UV-A par le cristallin, n’a été confirmée ni par les études expérimentales en laboratoire ni par les études épidémiologiques. A partir de données expérimentales montrant que les seuils d’exposition pouvant provoquer la photokératite sont inférieurs à ceux de la cataracte, on peut conclure que l’exposition quotidienne à des niveaux inférieurs à ces seuils devrait être considérée comme dangereuse pour le cristallin. Même si l’on supposait que la cornée soit exposée à un niveau presque équivalent au seuil de la photokératite, la dose quotidienne d’UV reçue par le cristallin à 308 nm peut être estimée à moins de 120 mJ/cm2 après 12 heures à l’extérieur (Sliney, 1987). En fait, l’exposition quotidienne moyenne devrait en pratique être inférieure à la moitié de cette valeur.

Ham et ses collaborateurs (1982) ont déterminé le spectre d’action biologique de la photorétinite provoquée par les UV dans la bande de 320 à 400 nm. Ils ont montré que les seuils, qui étaient de 20 à 30 J/cm2 à 440 nm dans le spectre visible, tombaient à près de 5 J/cm2 dans une bande de 10 nm centrée sur 325 nm. Le spectre d’action biologique croissait uniformément à mesure que la longueur d’onde baissait. Il faudrait donc conclure que des niveaux très inférieurs à 5 J/cm2 à 308 nm pourraient produire des lésions rétiniennes, qui n’apparaîtraient cependant que 24 à 48 heures après l’exposition. Comme il n’existe aucune donnée publiée sur les seuils d’exposition pouvant provoquer des lésions rétiniennes au-dessous de 325 nm, on peut supposer que le spectre d’action correspondant aux dommages photochimiques subis par les tissus de la cornée et du cristallin s’applique en gros à la rétine, ce qui permet de fixer le seuil des lésions aux alentours de 0,1 J/cm2.

Les effets mutagènes et cancérogènes des UV sur la peau étant clairement établis, l’extrême rareté des cancers de la cornée et de la conjonctive est tout à fait remarquable. Il ne semble y avoir aucune preuve scientifique liant l’exposition aux UV à des cancers quelconques de la cornée ou de la conjonctive chez les humains (contrairement au cas des bovins). On pourrait attribuer ce phénomène à l’existence d’un système immunitaire très efficace dans l’œil humain, étant donné que certains travailleurs d’extérieur sont aussi exposés aux UV que le bétail. Cette conclusion est confirmée par le fait que des personnes souffrant d’une déficience immunitaire, comme l’épithéliomatose pigmentaire, développent fréquemment des tumeurs de la cornée et de la conjonctive (Stenson, 1982).

Les normes de sécurité

Des limites d’exposition professionnelle aux UV ont été établies; elles comprennent une courbe de spectre d’action englobant les seuils d’effets aigus tirés des études de l’érythème et de la kératoconjonctivite (Sliney, 1972; IRPA, 1989). Cette courbe ne diffère pas sensiblement des données collectives sur les seuils, compte tenu des erreurs de mesure et des fluctuations des réactions individuelles, et se situe bien en deçà des seuils cataractogènes des UV-B.

La limite d’exposition est la plus basse à 270 nm (0,003 J/cm2). A 308 nm, par exemple, elle est de 0,12 J/cm2 (ACGIH, 1995; IRPA, 1988b). Que l’exposition totale résulte d’un petit nombre d’expositions d’une certaine intensité pendant la journée, d’une seule exposition très brève ou d’une exposition constante pendant huit heures à quelques microwatts par cm2, le risque biologique est le même, la limite ci-dessus s’appliquant à une pleine journée de travail.

La protection en milieu de travail

L’exposition professionnelle aux UV devrait être réduite au minimum possible. Dans le cas des sources artificielles, il faudrait donner la priorité aux moyens techniques (filtrage, écrans, revêtements). Les mesures organisationnelles de prévention, comme la restriction de l’accès, peuvent réduire les exigences de protection personnelle.

Les travailleurs d’extérieur (travailleurs agricoles, manœuvres, travailleurs du bâtiment, pêcheurs, etc.) peuvent minimiser les risques d’exposition aux UV solaires en portant des vêtements faits d’un tissu à trame serrée et surtout un chapeau à larges bords protégeant le visage et le cou. Ils peuvent également appliquer un écran solaire sur la peau exposée. Ces travailleurs devraient avoir accès à un lieu ombragé et disposer de toutes les mesures de protection nécessaires mentionnées ci-dessus.

Dans l’industrie, de nombreuses sources d’UV peuvent causer des lésions oculaires aiguës en très peu de temps. Il existe de nombreuses formes de protecteurs oculaires assurant différents degrés de protection, selon l’utilisation prévue. Les protecteurs à usage industriel comprennent les masques de soudage (qui protègent en outre les yeux contre la lumière visible trop vive et les infrarouges, et le visage contre les étincelles et les éclats), les protecteurs faciaux, les lunettes à coques et les lunettes antiultraviolets. D’une façon générale, les protecteurs oculaires à usage industriel devraient être bien adaptés à la morphologie du visage, de manière à ne pas laisser de fentes par lesquelles les UV pourraient directement atteindre l’œil, et être solidement construits pour prévenir les blessures.

Le choix des protecteurs oculaires dépend des facteurs suivants:

En cas d’exposition industrielle, on peut évaluer le risque pour les yeux en mesurant l’intensité des sources et en les comparant aux limites recommandées (Duchêne, Lakey et Repacholi, 1991).

Le mesurage des ultraviolets

Etant donné que les effets biologiques dépendent fortement de la longueur d’onde, la principale caractéristique de toute source d’UV est sa distribution spectrale de puissance ou d’éclairement énergétique, que l’on mesure à l’aide d’un spectroradiomètre, appareil constitué par une optique d’entrée, un monochromateur, un détecteur d’UV et un dispositif de lecture. Il est à noter que le spectroradiomètre n’est pas d’un usage courant en santé au travail.

Dans beaucoup de cas pratiques, on se sert d’un appareil de mesure à large bande pour déterminer les durées d’exposition ne présentant pas de risque. A des fins de sécurité, la réponse spectrale peut être adaptée à la fonction de risque spectral utilisée dans les directives d’exposition de la Conférence américaine des hygiénistes gouvernementaux du travail (American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)) et de l’Association internationale pour la protection contre les radiations (International Radiation Protection Association (IRPA)). En l’absence d’appareils de mesure adéquats, on peut commettre de graves erreurs dans l’évaluation des risques. Il existe également des dosimètres personnels UV (par exemple, les dosimètres à film de polysulfone), mais ils sont surtout utilisés pour la recherche sur la sécurité du travail plutôt que dans des études d’évaluation de risques.

Conclusion

L’exposition aux UV provoque constamment des dommages moléculaires dans des composants cellulaires essentiels, mais ces dommages déclenchent des mécanismes naturels de régénération des tissus cutanés et oculaires affectés. Les lésions biologiques aiguës n’apparaissent que lorsque ces mécanismes sont surchargés (Smith, 1988). Compte tenu de toutes ces raisons, les spécialistes de la sécurité et de la santé au travail poursuivent leurs efforts pour minimiser l’exposition professionnelle aux ultraviolets.

LE RAYONNEMENT INFRAROUGE

R. Matthes

Les infrarouges constituent la partie du spectre des rayonnements non ionisants située entre les ondes micrométriques et la lumière visible. Ils font partie de notre environnement naturel et nous sommes tous exposés à de petites quantités d’infrarouges dans presque tous les aspects de la vie quotidienne, aussi bien à l’intérieur que durant les activités de loisir au soleil. Toutefois, des expositions d’une très forte intensité peuvent résulter de certains procédés techniques employés au travail.

De nombreux procédés industriels comprennent une phase de traitement thermique de différents types de matériaux. Les sources de chaleur utilisées, ainsi que les matériaux chauffés proprement dits émettent en général des IR d’une intensité telle que beaucoup de travailleurs courent un risque d’exposition.

Les concepts et les quantités

Les infrarouges (IR) ont des longueurs d’onde comprises entre 780 nm et 1 mm. Conformément à la classification de la Commission internationale de l’éclairage (CIE), cette bande est répartie entre les IR-A (de 780 nm à 1,4 µm), les IR-B (de 1,4 µm à 3 µm) et les IR-C (de 3 µm à 1 mm). Cette subdivision suit d’une façon approximative les caractéristiques d’absorption des IR dans les tissus qui dépendent de la longueur d’onde et les différents effets biologiques résultants.

L’intensité et la distribution temporelle et spatiale des IR sont exprimées à l’aide de différentes quantités et unités radiométriques. Pour tenir compte des propriétés optiques et physiologiques de l’œil, on fait d’habitude la distinction entre les petites sources «ponctuelles» et les sources «étendues», le critère de distinction étant la valeur en radians de l’angle α, mesuré au niveau de l’œil, que sous-tend la source. Cet angle peut être exprimé sous forme d’un quotient, la dimension DL de la source lumineuse divisée par la distance r qui la sépare de l’observateur. Les sources étendues sont celles qui sous-tendent, au niveau de l’œil, un angle supérieur à αmin (ordinairement, 11 milliradians). Pour toute source étendue, il y a une distance d’observation à laquelle α est égal à αmin; aux distances supérieures, la source étendue peut être assimilée à une source ponctuelle. Dans le domaine de la protection contre le rayonnement optique, les quantités les plus importantes relatives aux sources étendues sont la luminance énergétique (L, exprimée en Wm–2sr–1) et la luminance énergétique intégrée dans le temps (Lp, en Jm–2sr–1), qui définit la «brillance» de la source. Dans le domaine de l’évaluation des risques pour la santé, les quantités les plus courantes relatives aux sources ponctuelles et aux sources situées à une distance telle que α < αmin sont l’éclairement énergétique (E, en Wm–2), qui correspond au concept de débit de dose d’exposition, et l’exposition énergétique (H, en Jm–2), qui correspond à celui de dose d’exposition.

Dans certaines bandes du spectre, les effets biologiques dépendent beaucoup de la longueur d’onde. Cela impose de recourir à d’autres quantités spectroradiométriques (par exemple, la luminance énergétique spectrale, Lλ, qui est exprimée en Wm–2sr–1 nm–1) pour pondérer les valeurs d’émission physique de la source en fonction du spectre d’action lié à l’effet biologique.

Les sources et l’exposition professionnelle

Différentes sources naturelles et artificielles produisent des IR. Leur émission spectrale peut être concentrée sur une longueur d’onde unique (laser) ou être répartie sur une plage importante de longueurs d’onde.

En général, les mécanismes générateurs de rayonnements optiques sont les suivants:

L’émission des sources les plus couramment utilisées dans de nombreux procédés industriels est d’origine thermique. On peut l’exprimer d’une façon approximative à l’aide des lois physiques régissant le rayonnement d’un corps noir si l’on connaît la température absolue de la source. La densité de puissance globale (M, en Wm–2) rayonnée par un corps noir (voir figure 49.4) est donnée par la loi de Stefan-Boltzmann:

Equation

Figure 49.4 Luminance spectrale Lλ d'un corps noir rayonnant à la température absolue
indiquée (en dK) sur chaque courbe

Figure 49.4

Elle est proportionnelle à la puissance quatre de la température du corps rayonnant (T, en K). La luminance énergétique spectrale est exprimée par la loi fondamentale du rayonnement de Planck:

Equation

c = vitesse de la lumière

h = constante de Planck

k = constante de Stefan-Boltzmann

et la longueur d’onde correspondant à l’émission maximale (λmax) est, d’après la loi du déplacement de Wien, donnée par la formule:

Equation

De nombreux lasers employés dans l’industrie et en médecine émettent un rayonnement infrarouge très intense. De manière générale, les lasers se distinguent d’autres sources de rayonnement par certaines caractéristiques pouvant influer sur les risques reliés à l’exposition, comme la durée très courte des impulsions ou l’éclairement énergétique extrêmement élevé. C’est pourquoi on examinera le rayonnement laser dans une autre partie du présent chapitre.

Nombre de procédés industriels font appel à des sources qui émettent un important rayonnement dans le visible et l’infrarouge, et présentent de ce fait un risque d’exposition pour un grand nombre de travailleurs: boulangers, souffleurs de verre, opérateurs de fours de séchage, fondeurs, forgerons, affineurs, sapeurs-pompiers. A côté des lampes, il existe de nombreuses autres sources de ce type de rayonnement comme les flammes, chalumeaux, bassins de métal en fusion, pièces de métal incandescentes que l’on trouve dans les fonderies, les aciéries et dans beaucoup d’établissements de l’industrie lourde. Le tableau 49.1 présente quelques exemples de sources de rayonnement infrarouge et de leurs applications.

Tableau 49.1 Sources de rayonnement infrarouge, populations exposées et niveaux
approximatifs d'exposition

Source

Application ou population exposée

Exposition

Lumière solaire

Travailleurs d’extérieur, agriculteurs, travailleurs du bâtiment, marins, public

500 Wm–2

Lampes à incandescence

Population et travailleurs en général
Eclairage général, séchage des encres et des peintures

105-106 Wm–2sr–1

Lampes à incandescence à halogène

(Voir lampes à incandescence)
Photocopie (fixage), procédés généraux (séchage, cuisson, rétrécissement, adoucissage)

50-200 Wm–2 (à 50 cm)

Diodes électroluminescentes (par exemple, à l’arséniure de gallium)

Jouets, électronique grand public, transmission de données, etc.

105 Wm–2sr–1

Lampes au xénon

Projecteurs, simulateurs solaires, projecteurs mobiles
Opérateurs de caméras d’imprimerie, travailleurs de laboratoires d’optique, artistes de spectacles

107 Wm–2sr–1

Fusion de l’acier

Opérateurs de fours sidérurgiques, travailleurs des aciéries

105 Wm–2sr–1

Batteries de lampes à infrarouges

Chauffage et séchage industriels

103 à 8 × 103 Wm–2

Lampes à infrarouges pour hôpitaux

Couveuses

100-300 Wm–2

Les effets biologiques

En général, les rayonnements optiques ne pénètrent pas très profondément dans les tissus biologiques. Par conséquent, les principaux tissus affectés sont ceux de la peau et des yeux. Dans la plupart des situations d’exposition, le principal mécanisme d’interaction des IR est de nature thermique. Seules les impulsions très courtes que peuvent produire les lasers, que nous n’examinons pas ici, peuvent également donner lieu à des effets thermomécaniques. En général, les IR ne provoquent pas d’ionisation ni de rupture des liaisons chimiques parce que l’énergie des particules, inférieure à environ 1,6 eV, est trop faible pour cela. Pour la même raison, les réactions photochimiques ne deviennent importantes qu’aux longueurs d’onde plus courtes du visible et de l’ultraviolet. Les différents effets des IR sur la santé découlent principalement des propriétés optiques des tissus dépendant de la longueur d’onde, comme l’absorption spectrale des tissus oculaires (voir figure 49.5).

Figure 49.5 Absorption spectrale des milieux oculaires

Figure 49.5

Les effets sur l’œil

En général, l’œil est bien adapté pour se prémunir des rayonnements optiques naturels. De plus, il est physiologiquement protégé contre les sources de lumière trop vives, comme le soleil et les lampes à haute intensité, par une réaction d’aversion qui limite la durée d’exposition à une fraction de seconde (environ 0,25 s).

Les IR-A affectent surtout la rétine, à cause de la transparence du milieu oculaire. Lorsqu’on regarde directement une source ponctuelle ou un rayon laser, les propriétés de focalisation de l’œil dans la région des IR-A rendent la rétine beaucoup plus vulnérable que n’importe quelle autre partie du corps. Pour les durées d’expositions brèves, on considère que l’échauffement de l’iris provoqué par l’absorption de rayonnement dans le visible ou le proche infrarouge joue un rôle dans le développement d’opacités cristalliniennes.

Aux longueurs d’onde croissantes à partir d’environ 1 µm, l’absorption du rayonnement par les tissus oculaires augmente. On considère donc que l’absorption des IR-A tant par le cristallin que par l’iris pigmenté joue un rôle dans la formation d’opacités cristalliniennes. Les lésions du cristallin sont attribuées aux longueurs d’onde inférieures à 3 mm (IR-A et IR-B). L’humeur aqueuse et le cristallin deviennent particulièrement absorbants au-delà de 1,4 µm.

Dans la région des IR-B et des IR-C, les tissus oculaires s’opacifient à cause de l’absorption du rayonnement par l’eau qu’ils contiennent, notamment dans la cornée et l’humeur aqueuse. Au-delà de 1,9 µm, c’est en pratique la cornée qui absorbe tout le rayonnement. L’absorption par la cornée des IR à grande longueur d’onde peut échauffer l’œil par conduction thermique. Du fait de la régénération rapide des cellules superficielles de la cornée, les lésions qui se limitent à la couche cornéenne extérieure sont le plus souvent temporaires. Dans la bande des IR-C, l’exposition peut causer sur la cornée des brûlures semblables à celles de la peau. Toutefois, de telles brûlures sont rares grâce à la réaction d’aversion déclenchée par la douleur ressentie.

Les effets sur la peau

Les IR ne pénètrent pas très profondément dans la peau. Par conséquent, un rayonnement IR de très forte intensité peut produire des effets thermiques localisés plus ou moins prononcés et même de graves brûlures. Ces effets dépendent des propriétés optiques de la peau, comme la profondeur de pénétration, qui est fonction de la longueur d’onde (voir figure 49.6). Aux grandes longueurs d’onde notamment, une forte exposition peut provoquer un échauffement local intense et des brûlures. Les seuils de ces effets dépendent du temps, à cause de la nature des processus de transfert thermique dans la peau. Ainsi, une irradiation de 10 kWm–2 peut causer une sensation de douleur dans les 5 secondes, tandis qu’une exposition à 2 kWm–2 ne produirait pas le même effet en moins de 50 secondes environ.

Figure 49.6 Profondeur de pénétration dans la peau de rayonnements de différentes
longueurs d'onde

Figure 49.6

Si l’exposition s’étend sur de très longues périodes, même à des intensités très inférieures au seuil de la douleur, la charge thermique imposée à l’organisme peut être importante, surtout si le rayonnement est réparti sur tout le corps (par exemple, à proximité d’une coulée d’acier), et provoquer alors un déséquilibre du système naturel de thermorégulation. Le seuil de tolérance à une telle exposition dépend de différents facteurs tant individuels qu’environnementaux, comme la capacité du système de thermorégulation, l’état du métabolisme pendant l’exposition ou encore les conditions ambiantes de température, d’humidité et de circulation d’air (vitesse du vent). En l’absence de travail physique, une exposition maximale de 300 Wm–2 peut être tolérée sur une période de 8 heures, dans certaines conditions environnementales, mais cette valeur baisse à environ 140 Wm–2 en cas de travail physique intense.

Les normes d’exposition

Les effets biologiques qui dépendent de la longueur d’onde et de la durée d’exposition ne sont considérés comme intolérables qu’en cas de dépassement de certains seuils d’intensité ou de dose. Pour protéger les travailleurs et le public de telles conditions d’exposition, différentes organisations internationales — comme l’Organisation mondiale de la santé (OMS), le Bureau international du Travail (BIT), le Comité international des rayonnements non ionisants de l’Association internationale pour la protection contre les radiations (International Non-Ionizing Radiation Committee of the International Radiation Protection Association (INIRC/ IRPA)) ou son émanation, la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP)), et la Conférence américaine des hygiénistes gouvernementaux du travail (American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)) — ont proposé des limites d’exposition aux IR produits par les sources optiques tant cohérentes qu’incohérentes. La plupart des projets nationaux et internationaux de directives limitant l’exposition humaine aux infrarouges sont fondés ou tout simplement calqués sur les valeurs limites d’exposition (VLE) publiées par l’ACGIH (1993). Ces limites sont largement reconnues et fréquemment utilisées en milieu de travail. Basées sur les connaissances scientifiques actuelles, elles sont destinées à prévenir les lésions d’origine thermique de la rétine et de la cornée et d’éventuels effets à long terme sur le cristallin.

La version 1994 des VLE de l’ACGIH (1994) fixe les limites d’exposition ci-après.

  1. Pour protéger la rétine contre les lésions d’origine thermique en cas d’exposition à la lumière visible (sources lumineuses puissantes), la luminance énergétique spectrale Lλ en W/(m2 sr nm), pondérée par la fonction de risque thermique rétinien Rλ (voir tableau 49.2) dans l’intervalle de longueurs d’onde Dλ et intégrée sur la gamme des longueurs d’onde comprises entre 400 et 1 400 nm, ne devrait pas dépasser:

    Equation

    t étant la durée d’observation, limitée à des intervalles de 10–3 à 10 secondes (c’est-à-dire en cas d’observation accidentelle plutôt que de fixation de la source) et α, l’angle en radians que sous-tend la source, calculé par la formule α = dimension maximale de la source/distance de la source Rλ (voir tableau 49.2).
  2. Pour protéger la rétine du rayonnement des lampes IR ou de toute autre source en proche infrarouge qui n’émet pas en même temps un stimulus visuel intense, la luminance énergétique perçue par l’œil (sur la base d’un diamètre de pupille de 7 mm) dans la gamme des longueurs d’onde de 770 à 1 400 nm, devrait, en cas d’observation prolongée, être limitée à:

    Equation

    Cette limite est fondée sur un diamètre de pupille de 7 mm, car en l’absence de lumière visible, il peut ne pas y avoir réaction d’aversion (consistant, par exemple à fermer les yeux).
  3. Pour éviter d’éventuels effets à long terme sur le cristallin (cataracte, par exemple) et pour protéger la cornée d’une surexposition, le rayonnement IR d’une longueur d’onde supérieure à 770 nm devrait être limité à 100 W/m2 pour les durées d’exposition supérieures à 1 000 secondes et à:

    Equation

    pour les périodes plus courtes.
  4. Dans le cas des personnes aphasiques, des fonctions de pondération distinctes et les VLE correspondantes sont données pour la gamme des longueurs d’onde comprises entre l’ultraviolet et le visible (305 à 700 nm).

Tableau 49.2 Fonction de risque thermique rétinien

Longueur d’onde (nm)

Rλ

Longueur d’onde (nm)

Rλ

400

1,0

460

8,0

405

2,0

465

7,0

410

4,0

470

6,2

415

8,0

475

5,5

420

9,0

480

4,5

425

9,5

485

4,0

430

9,8

490

2,2

435

10,0

495

1,6

440

10,0

500-700

1,0

445

9,7

700-1 050

10(700-λ/500)

450

9,4

1 050-1 400

0,2

455

9,0

   

Source: ACGIH, 1996.

Le mesurage du rayonnement optique

On dispose de techniques et d’appareils radio métriques permettant d’analyser le risque des rayonnements optiques pour la peau et les yeux. Il est en général très utile, pour caractériser une source lumineuse courante, d’en mesurer la luminance énergétique. Par contre, l’éclairement énergétique et l’exposition énergétique conviennent mieux pour définir les conditions dangereuses d’exposition à des sources optiques. L’évaluation des sources à large bande est plus complexe que celle des sources à longueur d’onde unique ou à bande très étroite, parce qu’il faut tenir compte des caractéristiques spectrales et de la dimension de la source. Le spectre de certaines lampes peut comprendre à la fois des émissions réparties sur un grand intervalle de longueurs d’onde et quelques raies représentant des longueurs d’onde uniques. L’omission de l’énergie contenue dans ces raies peut occasionner de sérieuses erreurs dans la représentation d’un tel spectre.

Dans l’évaluation du risque pour la santé, l’exposition doit être mesurée à travers une ouverture de la taille prescrite dans les normes. En général, une ouverture de 1 mm est la plus petite que l’on puisse utiliser en pratique. Toutefois, les longueurs d’onde supérieures à 0,1 mm posent des difficultés dans ce cas par suite des importants effets de diffraction causés par l’ouverture. Dans cette bande, une fenêtre de 1 cm2 (cercle de 11 mm de diamètre) est acceptée parce que les points chauds sont plus étendus dans cet intervalle qu’aux longueurs d’onde plus courtes. Pour l’évaluation des risques rétiniens, la taille de la fenêtre se base sur le diamètre moyen d’une pupille, ce qui correspond à 7 mm.

Habituellement, les mesures effectuées dans le domaine optique sont très complexes. Si elles sont faites par des personnes n’ayant pas la formation nécessaire, elles peuvent mener à des conclusions erronées. On trouvera un résumé détaillé des méthodes de mesure dans Sliney et Wolbarsht (1980).

Les mesures de protection

La méthode de protection courante la plus efficace contre le rayonnement optique consiste à envelopper complètement la source et à fermer toutes les voies que le rayonnement de fuite peut emprunter. Grâce à cette méthode, il devrait être facile de respecter les limites d’exposition dans la plupart des cas. Si ce n’est pas possible, il faut envisager la protection individuelle. Par exemple, on peut recourir aux moyens courants de protection des yeux (lunettes à coques, visières ou vêtements protecteurs). Si les conditions de travail ne permettent pas de prendre ces mesures, il peut être nécessaire de recourir à des mesures organisationnelles de prévention ou encore de limiter l’accès aux sources très intenses. Dans certains cas, il faudra même songer, pour protéger les travailleurs, à réduire soit la puissance de la source, soit la période de travail (pauses destinées à combattre la contrainte thermique), soit les deux.

Conclusion

En général, le rayonnement infrarouge provenant des sources les plus courantes, comme les lampes, et de la plupart des applications industrielles est inoffensif pour les travailleurs. Sur certains lieux de travail, cependant, les IR peuvent constituer un risque pour la santé, compte tenu surtout de la multiplication rapide des lampes spécialisées et des procédés à haute température utilisés dans l’industrie, les sciences et la médecine. Si l’exposition est assez importante, on ne peut pas exclure la possibilité d’effets préjudiciables (principalement aux yeux, mais aussi à la peau). De ce fait, il faut s’attendre à ce que l’élaboration de normes d’exposition mondialement reconnues prenne de plus en plus d’ampleur. Pour protéger les travailleurs d’une exposition excessive, des mesures de protection comme l’emploi d’écrans (adaptés à la vision) ou de vêtements protecteurs devraient être obligatoires.

Le principal effet biologique attribué aux IR est la cataracte (cataracte des verriers ou des fondeurs). En cas d’exposition de longue durée, même à des niveaux relativement bas, l’organisme est soumis à la contrainte thermique. Dans ces conditions, d’autres facteurs doivent être pris en considération, comme la température du corps, la déperdition thermique due à la sudation et les facteurs environnementaux.

Des guides pratiques ont été mis au point dans différents pays industriels pour renseigner et former les travailleurs. On en trouve un relevé complet dans Sliney et Wolbarsht (1980).

LE RAYONNEMENT VISIBLE ET INFRAROUGE

David H. Sliney

La lumière et l’énergie rayonnante infrarouge sont deux formes de rayonnement optique qui, avec le rayonnement ultraviolet, forment le spectre optique. Dans ce spectre, les différentes longueurs d’onde peuvent avoir des effets biologiques très divers. C’est pour cette raison que l’on peut être amené à subdiviser encore le spectre optique.

Le mot lumière devrait être réservé aux longueurs d’onde d’énergie rayonnante comprises entre 400 et 760 nm, qui suscitent une réaction visuelle au niveau de la rétine (CIE, 1987). La lumière est la principale composante du rayonnement émis par les lampes d’éclairage, les écrans de visualisation et une vaste gamme de sources d’éclairage. Bien que l’éclairage soit indispensable pour la vision, certaines sources de lumière peuvent provoquer des réactions physiologiques indésirables, comme des éblouissements gênants ou inconfortables, des papillotements et d’autres formes de stress oculaire si les tâches ne sont pas organisées d’une manière satisfaisante du point de vue ergonomique. L’émission d’une lumière intense résultant de certains procédés industriels, comme le soudage à l’arc, peut avoir en outre des effets dangereux.

Le rayonnement infrarouge (longueurs d’onde allant de 760 nm à 1 mm), communément appelé rayonnement thermique ou chaleur radiante , est émis par n’importe quel objet porté à haute température (moteur chaud, bain de métal en fusion et autres sources dans les fonderies, surface ayant subi un traitement thermique, lampe à incandescence, système de chauffage par rayonnement, etc.). Beaucoup d’autres appareils électriques émettent également des infrarouges: moteurs électriques, génératrices, transformateurs et différents équipements électroniques.

Le rayonnement infrarouge contribue à la contrainte thermique. Une température et une humidité ambiantes élevées peuvent, en l’absence d’une circulation d’air suffisante, s’ajouter à la chaleur rayonnante pour engendrer une contrainte thermique potentiellement dommageable. Même dans un environnement à température modérée, l’exposition à des sources de chaleur rayonnante mal contrôlées peut être une cause d’inconfort, ce qui est un inconvénient ergonomique.

Les effets biologiques

La réaction d’aversion de l’œil face à une lumière intense et la réaction à la douleur qu’une forte chaleur rayonnante provoque sur la peau limitent les risques professionnels que le rayonnement visible et infrarouge fait courir aux yeux et à la peau. L’œil est bien armé pour se protéger des lésions aiguës que peut causer le rayonnement optique du soleil (c’est-à-dire énergie rayonnante UV, visible et IR). Grâce à la réaction d’aversion, il échappe en général aux effets de sources intenses telles que les lampes à arc et les arcs de soudage, car la durée d’exposition est très courte et de l’ordre d’une fraction de seconde (environ 0,2 s). Toutefois, les sources riches en infrarouges qui n’émettent pas en même temps un fort stimulus visuel peuvent être dangereuses pour le cristallin, en cas d’exposition de longue durée. Il est également possible de fixer délibérément le soleil, un arc électrique ou un champ couvert de neige, avec risque de perte de vision temporaire (et parfois permanente). De plus, dans un milieu industriel où les travailleurs sont exposés à des lumières intenses apparaissant en bas du champ de vision, les mécanismes de protection de l’œil sont moins efficaces. Dans ces cas, il est très important de prendre certaines précautions.

Les sources intenses de lumière et d’infrarouges présentent au moins cinq risques distincts pour les yeux et la peau, qu’il importe de bien comprendre pour pouvoir choisir les mesures de protection adéquates. A part les risques que pose le rayonnement ultraviolet émis par certaines sources intenses de lumière, il faudrait tenir compte des risques suivants (Sliney et Wolbarsht, 1980; OMS, 1982):

  1. Les lésions thermiques de la rétine, qui peuvent se produire entre 400 et 1 400 nm. Normalement, ces lésions ne peuvent être provoquées que par des lasers, des arcs très intenses au xénon ou une explosion nucléaire. Une brûlure locale de la rétine provoque la formation d’une zone insensible à la lumière (scotome).
  2. Les lésions photochimiques de la rétine, principalement associées à la lumière bleue de 400 à 550 nm (Ham, 1989). Ces lésions sont couramment appelées photorétinites «de lumière bleue», dont une forme particulière porte le nom de rétinite solaire , à cause de son origine. La rétinite solaire était autrefois appelée «cécité postéclipse» ou «rétinite actinique». C’est seulement depuis quelques années que l’on a compris que la photorétinite résulte d’un mécanisme photochimique dû à l’exposition de la rétine aux plus courtes longueurs d’onde du spectre visible, c’est-à-dire à la lumière violette et bleue. Jusqu’aux années soixante-dix, on croyait qu’elle était le résultat d’un mécanisme de lésion thermique. Contrairement à la lumière bleue, le rayonnement IR-A est très peu susceptible de provoquer des lésions rétiniennes (Ham, 1989; Sliney et Wolbarsht, 1980).
  3. Les risques de lésions thermiques du cristallin dues à l’infrarouge proche, associés à des longueurs d’onde d’environ 800 à 3 000 nm, et notamment de cataracte calorique d’origine industrielle. Au soleil, l’exposition moyenne de la cornée aux infrarouges est de l’ordre de 10 W/m2. Par comparaison, d’après une étude, les travailleurs du verre et de l’acier seraient exposés tous les jours pendant 10 à 15 ans à un éclairement énergétique en infrarouge de l’ordre de 0,8 à 4 kW/m2; cette exposition serait la cause d’opacités cristalliniennes (Sliney et Wolbarsht, 1980). Les bandes spectrales considérées comprennent les IR-A et les IR-B (voir figure 49.1). L’ACGIH recommande, pour l’œil antérieur, une limite d’exposition aux IR-A de 100 W/m2 d’éclairement énergétique total pondéré dans le temps, pour les durées d’exposition dépassant 1 000 s (16,7 min) (ACGIH, 1992, 1995).
  4. Les lésions thermiques de la cornée et de la conjonctive (à des longueurs d’onde approximatives de 1 400 nm à 1 mm). Ce genre de lésions est presque exclusivement dû à l’exposition au rayonnement laser.
  5. Les lésions thermiques de la peau. Les sources courantes les provoquent rarement, mais elles peuvent se produire sur toute l’étendue du spectre optique.

L’importance de la longueur d’onde et de la durée de l’exposition

Les lésions thermiques aiguës mentionnées aux points 1 et 4 ci-dessus proviennent en général d’expositions de très courte durée que devraient prévenir les protecteurs oculaires. Par contre, les lésions photochimiques du type de celles mentionnées au point 2 peuvent résulter de faibles débits de dose étalés sur toute une journée de travail. Le produit du débit de dose par la durée de l’exposition donne toujours la dose (c’est la valeur de la dose qui détermine le degré de risque photochimique). Comme pour tout autre mécanisme de lésion photochimique, il importe de tenir compte du spectre d’action, qui décrit la contribution relative des différentes longueurs d’onde à l’effet biologique. Par exemple, dans le cas des lésions rétiniennes d’origine photochimique, le spectre d’action révèle un effet maximum à environ 440 nm (Ham, 1989). Contrairement aux effets thermiques qui se produisent à n’importe quelle longueur d’onde, la plupart des effets photochimiques sont limités à une bande spectrale très étroite. Par conséquent, les protecteurs oculaires conçus pour ces effets précis n’ont à arrêter qu’une petite bande spectrale. Cependant, en pratique, ils doivent filtrer plus d’une bande spectrale pour protéger ceux qui les portent contre le rayonnement d’une source à large bande.

Les sources de rayonnement optique

La lumière solaire

Dans le domaine du rayonnement optique, les plus grands risques professionnels découlent de l’exposition de certains travailleurs aux rayons du soleil. Le spectre solaire va de la limite en ultraviolet (environ 290 à 295 nm) traversant la couche d’ozone stratosphérique à au moins 5 000 nm (5 µm) en infrarouge. En été, l’énergie du rayonnement solaire peut atteindre 1 kW/m2, ce qui peut causer une contrainte thermique, selon la température et l’humidité ambiantes.

Les sources artificielles

Les sources artificielles les plus importantes d’exposition humaine au rayonnement optiques sont passées en revue ci-après.

  1. Soudage et coupage . Les soudeurs et les personnes travaillant avec eux sont en général exposés à un intense rayonnement provenant de l’arc électrique, non seulement en ultraviolet, mais aussi dans le visible et l’infrarouge. On rapporte quelques rares cas de lésions aiguës de la rétine. Une protection oculaire adéquate est obligatoire dans ces milieux de travail.
  2. Industries métallurgiques et fonderies . Les plus importantes sources d’exposition au rayonnement visible et infrarouge sont les métaux en fusion et les surfaces métalliques chaudes dans les aciéries, les usines d’aluminium et les fonderies. L’exposition des travailleurs est en général comprise entre 0,5 et 1,2 kW/m2.
  3. Lampes à arc. Beaucoup de procédés industriels et commerciaux utilisant par exemple des lampes de séchage photochimique émettent une lumière visible intense de courte longueur d’onde (lumière bleue), ainsi que des ultraviolets et des infrarouges. Même si la présence d’écrans réduit considérablement les risques d’exposition, des accidents peuvent se produire.
  4. Lampes à infrarouges . Ces lampes, qui émettent surtout dans la bande des IR-A, servent principalement au traitement thermique, au séchage des peintures et dans des applications connexes. Elles ne posent pas de risques importants puisque l’inconfort provoqué par l’exposition fait que celle-ci est naturellement limitée à un niveau acceptable.
  5. Traitements médicaux . Les lampes à infrarouges sont utilisées en médecine à différentes fins diagnostiques et thérapeutiques. L’exposition des patients varie considérablement avec le genre de traitement. Le personnel médical doit prendre des précautions en manipulant ces lampes.
  6. Eclairage général . Les tubes fluorescents émettent très peu d’infrarouges et leur lumière n’est en général pas assez intense pour être dangereuse. Les lampes à incandescence ordinaires ou à halogène émettent une importante partie de leur énergie rayonnante dans la bande des infrarouges. De plus, la lumière bleue des lampes à halogène peut être dangereuse pour la rétine si l’on fixe le filament. Heureusement, la réaction d’aversion de l’œil en présence de lumière intense prévient les lésions aiguës, même à courte distance. On peut en général minimiser ou éliminer ce risque en plaçant un filtre «anticalorique» en verre sur ces lampes.
  7. Projecteurs et autres dispositifs optiques . Des sources de lumière intense sont utilisées dans les phares de recherche, les projecteurs cinématographiques et d’autres dispositifs à faisceau collimaté. Le faisceau direct de ces appareils peut, à très courte distance, provoquer des lésions rétiniennes.

Le mesurage des caractéristiques des sources

La répartition énergétique spectrale est la plus importante caractéristique d’une source optique. Elle est mesurée à l’aide d’un spectroradiomètre, appareil constitué par un dispositif optique d’entrée, un monochromateur et un photodétecteur.

Dans de nombreux cas pratiques, on se sert d’un radiomètre optique à large bande pour sélectionner une région spectrale donnée. Dans le cas de l’éclairage visible et à des fins de sécurité, la réponse spectrale de l’appareil est conçue pour suivre une réponse spectrale biologique. Par exemple, les luxmètres sont conçus pour se conformer à la réaction photopique (visuelle) de l’œil. Normalement, à part la détection des ultraviolets, les spécialistes de la sécurité et de la santé au travail ne s’occupent pas couramment du mesurage et de l’analyse des risques associés aux sources de lumière intense et d’infrarouges, qui sont souvent trop complexes. Toutefois, grâce à la normalisation croissante des catégories de sécurité des lampes, les utilisateurs n’ont plus à effectuer des mesures pour déterminer les risques éventuels.

Les limites d’exposition de l’humain

En se fondant sur les paramètres optiques de l’œil humain et la luminance énergétique d’une source de lumière, il est possible de calculer l’éclairement énergétique (débit de dose) au niveau de la rétine. L’exposition des structures antérieures de l’œil aux infrarouges peut également revêtir une certaine importance, sans compter que la position relative de la source et le degré d’ouverture des paupières peuvent influer considérablement sur le calcul de la dose d’exposition oculaire. En cas d’exposition aux ultraviolets et à la lumière visible de courte longueur d’onde, la répartition spectrale de la source est également importante.

Plusieurs groupes nationaux et internationaux ont recommandé des limites d’exposition professionnelle au rayonnement optique (ACGIH, 1992, 1994; Sliney, 1992). La plupart de ces limites portent sur les ultraviolets et le rayonnement laser, mais l’ACGIH, organisme américain bien connu dans le domaine de la santé au travail, a également recommandé des limites pour le rayonnement visible. L’ACGIH donne aux valeurs limites d’exposition qu’elle révise et publie tous les ans le nom de TLV (Threshold Limit Values) (ACGIH, 1992, 1995). Les TLV sont surtout fondées sur les données relatives aux lésions oculaires provenant d’études sur les animaux, ainsi que sur les données de lésions rétiniennes causées chez des humains par la lumière solaire et les arcs de soudage. Les TLV sont en outre basées sur l’hypothèse que l’exposition environnementale à la lumière visible naturelle n’est normalement pas dangereuse pour l’œil, sauf dans des environnements très inhabituels (champ couvert de neige ou désert) ou lorsqu’une personne fixe délibérément le soleil.

L’évaluation des risques du rayonnement optique

Une évaluation complète des risques nécessite des mesures complexes de l’éclairement énergétique spectral et de la luminance énergétique de la source et impose parfois de recourir à des appareils très spécialisés et de faire des calculs compliqués. Par conséquent, une telle évaluation est rarement effectuée sur place par des hygiénistes et des ingénieurs en sécurité du travail. En pratique, le port de protecteurs oculaires est imposé par des règlements de sécurité dans les milieux de travail dangereux. La recherche a permis d’évaluer une vaste gamme d’arcs, de lasers et de sources de chaleur et de recommander en conséquence des normes générales de sécurité, pratiques et faciles à appliquer.

Les mesures de protection

L’exposition professionnelle au rayonnement visible et infrarouge est rarement dangereuse et souvent bénéfique. Toutefois, certaines sources émettent un rayonnement visible intense, mais, comme cette situation déclenche la réaction naturelle d’aversion de l’œil, les chances de surexposition accidentelle sont assez faibles. Par contre, l’exposition accidentelle est possible, et même probable, dans le cas des sources artificielles émettant seulement dans l’infrarouge proche. Certaines mesures permettent de minimiser l’exposition inutile du personnel au rayonnement infrarouge, au nombre desquelles il faut citer une conception technique adéquate du système optique utilisé, le port de lunettes ou d’écrans transparents appropriés, la limitation de l’accès aux seules personnes qui doivent être là et une information suffisante pour que les travailleurs soient conscients des risques que peuvent présenter les sources intenses de rayonnement visible et infrarouge. Le personnel d’entretien chargé de remplacer les lampes à arc doit avoir une formation adéquate pour éviter toute exposition dangereuse. Il est inadmissible que des travailleurs soient atteints d’érythème cutané ou de photokératite. Si une telle éventualité se produit, il faudra examiner les méthodes de travail et prendre les mesures nécessaires pour réduire les cas de surexposition. Le rayonnement optique, par contre, ne fait courir aucun risque particulier aux travailleuses enceintes en ce qui concerne leur enfant.

La conception des protecteurs oculaires

Les travaux de mise au point de lunettes de soudage et de protecteurs oculaires nécessaires à d’autres travaux dans lesquels l’opérateur est soumis à des sources industrielles de rayonnement optique (par exemple, travail en fonderie, fabrication de l’acier et du verre) ont commencé au début du XXe siècle avec la mise au point du verre de Crooke. Les normes de protection oculaire élaborées par la suite se sont conformées au principe général selon lequel les rayonnements infrarouge et ultraviolet, n’étant pas nécessaires pour voir, devraient être arrêtés dans toute la mesure permise par les verres existants.

Dans les années soixante-dix, les normes empiriques du matériel de protection oculaire ont fait l’objet d’essais qui ont montré qu’elles comportaient d’importantes marges de sécurité dans le cas du rayonnement infrarouge et ultraviolet, compte tenu des limites d’exposition professionnelle en vigueur, mais que la protection offerte contre la lumière bleue était à peine suffisante. Certaines prescriptions des normes ont donc été réajustées.

La protection contre le rayonnement ultraviolet et infrarouge

Des lampes spécialisées à ultraviolets servent dans l’industrie pour la détection de la fluorescence et la photopolymérisation des encres, des résines plastiques, des polymères dentaires, etc. Même si les sources d’UV-A posent ordinairement peu de risques, elles peuvent soit émettre de petites quantités d’UV-B dangereux, soit causer des éblouissements très gênants (par effet de fluorescence dans le cristallin). On peut se procurer sans difficulté des filtres ultraviolets à très haut facteur d’atténuation, en verre ou en plastique, qui protègent dans tout le spectre ultraviolet. Une légère teinte jaunâtre est parfois décelable lorsque la protection va jusqu’à 400 nm. Il est extrêmement important que les lunettes de ce genre (de même que les lunettes solaires industrielles) protègent le champ de vision périphérique. Des modèles enveloppants ou à écrans latéraux sont nécessaires pour prévenir la focalisation des rayons obliques sur la région nasale équatoriale du cristallin où se développe fréquemment la cataracte corticale.

Presque toutes les lentilles en verre et en plastique arrêtent les ultraviolets au-dessous de 300 nm et les infrarouges au-dessus de 3 000 nm (3 µm). Les lunettes de sécurité ordinaires à lentilles transparentes résistant aux chocs assurent en général une bonne protection contre quelques sources de rayonnement laser et optique (les lentilles transparentes en polycarbonate arrêtent efficacement les longueurs d’onde supérieures à 3 µm). Toutefois, des absorbants (oxydes métalliques dans le verre ou teintures organiques dans les plastiques) doivent être ajoutés pour arrêter les UV allant jusqu’à 380 à 400 nm et les infrarouges de 780 nm à 3 µm. Selon le matériau, cela peut être facile ou nécessiter un traitement très difficile et coûteux et d’une stabilité parfois variable. Les filtres conformes à la norme ANSI Z87.1 (1999b) de l’American National Standards Institute (ANSI) (Institut américain de normalisation) doivent posséder les facteurs d’atténuation appropriés dans chacune des bandes spectrales critiques.

La protection à assurer dans diverses industries

Les sapeurs-pompiers

Les sapeurs-pompiers peuvent être exposés à d’intenses rayonnements infrarouges qui imposent souvent de les équiper de filtres IR, en complément des dispositifs essentiels qui leur protègent la tête et le visage. Dans ce cas, la protection contre les chocs est également importante.

La protection oculaire en fonderie et dans l’industrie du verre

Les lunettes et les masques conçus pour protéger les yeux contre le rayonnement infrarouge ont en général une légère teinte verdâtre, quoiqu’une teinte plus sombre puisse également protéger contre l’inconfort dû à un rayonnement visible intense. Ces protecteurs oculaires ne devraient pas être confondus avec les lunettes à verres bleus utilisées par les travailleurs des aciéries et des fonderies pour vérifier visuellement la température du métal en fusion. Les lunettes bleues n’assurent aucune protection et ne devraient donc être portées que brièvement.

Le soudage

On peut donner au verre des propriétés filtrantes lui permettant d’arrêter les infrarouges et les ultraviolets au moyen d’additifs tels que l’oxyde de fer, mais le degré d’atténuation dans la bande strictement visible détermine le numéro d’échelon , expression logarithmique de l’atténuation. Normalement, un numéro d’échelon de 3 à 4 est utilisé dans le cas du soudage au chalumeau (qui nécessite le port de lunettes à coques) et un numéro d’échelon de 10 à 14 dans le cas du soudage à l’arc et du soudage au plasma (qui nécessitent le port d’un casque). En pratique, si le soudeur peut regarder l’arc sans inconfort, ses lunettes lui assurent probablement une protection adéquate contre les risques présents. Les responsables, les aides-soudeurs et les autres personnes qui se tiennent dans la zone de travail peuvent avoir besoin de filtres à numéro d’échelon relativement bas (3 à 4) pour se protéger de la photokératite («conjonctivite du soudeur»). Ces dernières années, un nouveau type de protection, le verre filtrant à opacité variable, a fait son apparition. Quel que soit le type du filtre, celui-ci doit être conforme aux normes ANSI Z87.1 (1999b) et Z49.1 (1999a) pour filtres de soudage fixes à numéro d’échelon élevé (Buhr, Sutter et The Health Council of the Netherlands, 1989; CIE, 1987).

Les écrans filtrants de soudage (auto-obscurcissants)

L’écran filtrant de soudage auto-obscurcissant, dont le numéro d’échelon augmente avec l’intensité du rayonnement optique incident, représente un important progrès, qui permet de produire régulièrement des soudures de grande qualité de manière plus commode et ergonomique. Sans ce filtre, les soudeurs doivent relever puis abaisser le masque ou le filtre chaque fois qu’ils établissent ou interrompent l’arc; une fois le masque baissé, ils travaillent en aveugle jusqu’à l’amorçage de l’arc. De plus, de nombreux soudeurs relèvent et abaissent le masque par un mouvement sec du cou et de la tête, ce qui finit par causer des raideurs ou même des lésions du cou. Pour éviter ces inconvénients, certains soudeurs amorcent l’arc avec le masque en position relevée, ce qui les expose au risque de la photokératite. Dans des conditions normales d’éclairage, un soudeur portant un casque muni d’un verre auto-obscurcissant peut voir assez clairement avec le masque en position baissée pour accomplir diverses tâches, par exemple, aligner les pièces à souder, positionner soigneusement son équipement et amorcer l’arc. Dans les modèles de masques les plus courants, des capteurs de lumière détectent l’éclair de l’arc au moment même où il apparaît et commandent quasi instantanément une unité électronique qui fait passer la couleur d’un filtre à cristal liquide d’une nuance claire à une nuance foncée présélectionnée, ce qui élimine la manœuvre malcommode et dangereuse du masque à numéro d’échelon fixe.

On s’est souvent posé la question de savoir si les filtres auto-obscurcissants pouvaient comporter des risques cachés. Par exemple, les images rémanentes que perçoivent les soudeurs peuvent-elles affecter la vision d’une façon permanente? Les nouveaux filtres offrent-ils un degré de protection équivalent ou supérieur à celui des verres filtrants classiques? Même s’il est possible de répondre par l’affirmative à la seconde question, il faut comprendre que les masques auto-obscurcissants ne sont pas tous équivalents. La vitesse de réaction, le poids et les degrés d’obscurcissement obtenus sous un éclairage donné peuvent varier d’un modèle à l’autre, de même que la sensibilité à la température, les fluctuations du numéro d’échelon avec le vieillissement de la pile d’alimentation, le «numéro d’échelon au repos» et d’autres facteurs techniques. Les nouvelles normes en voie d’élaboration tiendront compte de ces considérations.

Comme tous les modèles assurent une atténuation suffisante, la vitesse de réaction est la plus importante caractéristique que spécifient les fabricants de masques auto-obscurcissants. Les masques actuels ont des vitesses allant de 0,1 s à moins de 0,1 ms. Buhr, Sutter et The Health Council of the Netherlands (1989) ont défini un moyen de spécifier le temps maximal de réaction, mais leur formule dépend des caractéristiques du processus d’assombrissement. La vitesse du filtre est essentielle parce qu’elle donne la meilleure indication de la quantité extrêmement importante (mais indéfinie) de lumière qui pénètre dans l’œil au moment de l’amorçage de l’arc, par comparaison à un filtre fixe ayant le même numéro d’échelon. Si une trop grande quantité de lumière pénètre dans l’œil chaque fois qu’un arc est amorcé pendant la journée de travail, la dose d’énergie lumineuse accumulée engendre un effet d’adaptation transitoire, une «fatigue oculaire» et d’autres problèmes (l’effet d’adaptation transitoire est la sensation visuelle causée par des changements brusques du niveau de l’éclairage ambiant; il peut se manifester par une sensation d’inconfort et d’éblouissement et une perte temporaire de la vision détaillée). Les produits actuels dotés de vitesses de réaction de l’ordre de 10 millisecondes assurent une bonne protection contre la photorétinite. Toutefois, les vitesses de réaction les plus rapides — de l’ordre de 0,1 ms — ont en outre l’avantage de réduire les effets d’adaptation transitoire (Eriksen, 1985; Sliney, 1992).

A défaut de longs essais en laboratoire, le soudeur dispose de moyens de contrôle simples. Il peut, par exemple, regarder une page imprimée en petits caractères à travers un certain nombre de masques auto-obscurcissants, pour avoir une idée de la qualité optique de chacun. Ensuite, il peut établir un arc en l’observant à travers chaque filtre qu’il envisage d’acheter. On peut heureusement partir du principe que s’il peut regarder sans inconfort, le filtre ne transmet probablement aucun rayonnement dangereux. L’efficacité du filtrage des ultraviolets et des infrarouges peut être vérifiée dans la fiche technique du fabricant, qui indiquera si les bandes indésirables sont effectivement arrêtées. Quelques essais successifs d’amorçage d’un arc devraient également permettre au soudeur de déterminer si l’adaptation transitoire lui occasionnera de l’inconfort. Bien sûr, un essai d’une journée serait préférable.

Le numéro d’échelon au repos ou par défaut (en cas de décharge de la pile d’alimentation) d’un filtre auto-obscurcissant devrait assurer une protection à 100% des yeux du soudeur pendant au moins une ou plusieurs secondes. Certains fabricants ont adopté un numéro élevé comme position par défaut, tandis que d’autres utilisent pour cela un numéro intermédiaire entre le clair et le foncé. Dans les deux cas, le facteur de transmission du filtre au repos devrait être sensiblement inférieur au facteur de transmission correspondant à l’écran clair afin d’éviter les risques pour la rétine. De toute façon, le dispositif devrait indiquer clairement à l’utilisateur s’il est hors fonction ou défectueux. Ainsi, le soudeur saura toujours d’avance à quoi s’en tenir avant de commencer à souder. D’autres caractéristiques, comme la durée de la pile d’alimentation ou le fonctionnement dans des conditions extrêmes de température, peuvent être importantes pour certains utilisateurs.

Conclusion

Même si les spécifications techniques peuvent paraître un peu complexes pour les dispositifs devant protéger les yeux contre les sources de rayonnement optique, il existe des normes de sécurité qui prescrivent des numéros d’échelon assurant une bonne marge de sécurité à l’utilisateur.

LES LASERS

David H. Sliney

Le laser est un dispositif qui produit un rayonnement électromagnétique cohérent dans le spectre optique, allant de l’ultraviolet extrême à l’infrarouge lointain (bande sous-millimétrique). Le mot laser est en fait le sigle de l’expression anglaise Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (lumière amplifiée par émission stimulée de rayonnements). Même si l’effet laser a été théoriquement prédit par Albert Einstein en 1916, le premier laser fonctionnel n’a été présenté qu’en 1960. Ces dernières années, les lasers sont sortis des laboratoires de recherche pour envahir tous les milieux de travail — industrie, hôpitaux, bureaux, chantiers de construction — et même les foyers domestiques. Dans de nombreuses applications, telles que les lecteurs de vidéodisques et les systèmes de communications à fibre optique, l’énergie rayonnante du laser est enfermée dans une enveloppe ou un boîtier, ne faisant courir aucun risque à l’utilisateur, qui n’est souvent même pas conscient de la présence du laser dans le produit qu’il a devant lui. Toutefois, l’énergie rayonnante des lasers est accessible dans certaines applications médicales, industrielles ou de recherche et peut donc constituer un risque pour les yeux et la peau.

Comme l’effet laser peut produire un faisceau très collimaté de rayonnement optique (c’est-à-dire, de l’énergie rayonnante dans les régions de l’ultraviolet, du visible ou de l’infrarouge), un laser peut être dangereux à une distance considérable, contrairement à la plupart des autres sources de risques professionnels. C’est probablement cette caractéristique, plus que toute autre, qui a amené surtout les travailleurs et les experts de la sécurité et de la santé au travail à émettre des mises en gardes. Pourtant, les lasers peuvent être utilisés en toute sécurité si les précautions nécessaires sont prises. Des normes sur la sécurité des lasers sont appliquées dans le monde entier et la plupart sont «harmonisées» les unes avec les autres (ANSI, 1993; CEI, 1993). Toutes les normes se basent sur un système de classification par risque qui répartit les appareils à laser entre quatre grandes catégories, selon la puissance ou l’énergie de sortie du laser et sa capacité à causer des dommages. On applique ensuite des mesures de sécurité correspondant à la classe de risque (Cleuet et coll., 1980; Duchêne, Lakey et Repacholi, 1991).

Les lasers fonctionnent à des longueurs d’onde discrètes et, même si la plupart sont monochromatiques (c’est-à-dire n’émettent qu’à une seule longueur d’onde ou une seule couleur), il n’est pas inhabituel qu’un laser émette plusieurs longueurs d’onde discrètes. Ainsi, le laser à argon produit plusieurs raies différentes dans l’ultraviolet proche et le spectre visible, quoiqu’il soit généralement conçu pour produire seulement une raie (longueur d’onde) verte à 514,5 nm ou une raie bleue à 488 nm. Lorsqu’on examine les risques possibles pour la santé, il est toujours essentiel d’établir la ou les longueurs d’onde de sortie.

Tous les lasers comportent trois éléments de base:

  1. un milieu actif (solide, liquide ou gaz) qui détermine les longueurs d’onde de sortie possibles;
  2. une source d’énergie (courant électrique, lampe de pompage ou réaction chimique);
  3. une cavité résonante et un coupleur de sortie (en général, deux miroirs).

En dehors des laboratoires de recherche, la plupart des appareils à laser à usage pratique ont également un système de transmission (fibre optique ou bras articulé avec des miroirs) pouvant amener le faisceau à un point de travail, ainsi que des lentilles de focalisation destinées à concentrer le faisceau, par exemple sur la pièce à souder. Dans un laser, l’énergie de la lampe de pompage porte des atomes ou des molécules à un état excité. Dans cet état, un photon («particule» d’énergie lumineuse) incident peut stimuler l’atome ou la molécule, l’amenant à émettre un second photon de la même énergie (longueur d’onde), qui se déplace en phase (rayonnement cohérent) et dans la même direction que le photon incident. Ce phénomène cause donc une amplification de la lumière par un facteur deux. Une fois répété en cascade, il produit un faisceau de lumière qui se reflète de nombreuses fois entre les miroirs de la cavité résonante. Comme l’un des miroirs est semi-transparent, une partie de l’énergie lumineuse quitte la cavité résonante sous la forme d’un rayon laser. En pratique, les deux miroirs parallèles sont souvent concaves pour stabiliser la résonance, mais le principe de base s’applique à tous les lasers.

On a construit en laboratoire des lasers fonctionnant à des milliers de longueurs d’onde différentes (chacune produite par un milieux actif différent). Toutefois, une vingtaine de longueurs d’onde seulement ont fait l’objet d’une mise au point industrielle et sont couramment utilisées. Actuellement, les lignes directrices et normes sur la sécurité des lasers publiées couvrent en pratique toutes les longueurs d’onde du spectre optique et peuvent donc s’appliquer tant aux lasers connus qu’à ceux qui seront mis au point à l’avenir.

La classification de risque des lasers

Les normes de sécurité actuellement appliquées dans le monde répartissent les appareils à laser entre quatre grandes classes numérotées de 1 à 4. Les lasers de la classe 1 ne peuvent pas émettre de rayonnement dangereux et ne constituent donc pas un risque pour la santé. Ceux des classes 2 à 4 présentent des risques croissants pour les yeux et la peau. Des mesures de sécurité particulières sont prescrites pour chaque classe de laser. Bien entendu, les mesures les plus strictes s’appliquent aux classes les plus élevées.

On considère que les lasers de la classe 1 sont sans danger pour les yeux et présentent un risque nul. La plupart des lasers complètement enfermés (tels que ceux des lecteurs de disques compacts) appartiennent à cette classe, pour laquelle aucune mesure de sécurité n’est prescrite.

La classe 2 regroupe les lasers à lumière visible de très faible puissance qui ne seraient pas dangereux, même si la totalité du faisceau pénétrait dans l’œil et était concentrée sur la rétine. La réaction naturelle d’aversion que déclenchent les sources de lumière intense protège l’œil contre les lésions rétiniennes, pourvu que l’énergie incidente ne soit pas assez importante pour endommager la rétine durant le temps de réaction de l’œil. Cette réaction comprend le réflexe palpébral ou réflexe de clignotement (qui dure de 0,16 à 0,18 s) ainsi qu’une rotation de l’œil et un mouvement de la tête qui se produisent lorsque l’œil est exposé à une lumière intense. Les normes de sécurité actuelles se basent, par mesure de prudence, sur un temps de réaction de 0,25 s. Ainsi, les lasers de la classe 2 ont une puissance de sortie maximale de 1 milliwatt (mW) qui correspond à la limite d’exposition admissible pour 0,25 s. Les appareils de la classe 2 comprennent, par exemple, les pointeurs à laser et quelques lasers d’alignement.

Dans le cadre de certaines normes de sécurité, il existe également un sous-groupe de la classe 2, la «classe 2A». Les lasers de la classe 2A peuvent être regardés sans danger pendant une période maximale de 1 000 s (16,7 min). La plupart des lecteurs à laser utilisés aux points de vente (caisses de supermarché, par exemple) et des scanners d’inventaire appartiennent à la classe 2A.

Les lasers de la classe 3 peuvent être dangereux pour les yeux parce que la réaction d’aversion n’est pas assez rapide pour limiter l’exposition de la rétine à un niveau sans danger pour une courte durée. Ils risquent également d’endommager d’autres parties de l’œil (comme la cornée et le cristallin). L’exposition occasionnelle ne présente normalement pas de risques pour la peau. La classe 3 comprend beaucoup de lasers de recherche et de télémètres militaires à laser.

Un sous-groupe spécial de la classe 3 porte la désignation «classe 3A» (le reste de la classe 3 étant désigné «classe 3B»). Les lasers de la classe 3A ont une puissance de sortie comprise entre une et cinq fois les limites d’exposition accessibles (LEA) des classes 1 ou 2, mais un éclairement énergétique de sortie ne dépassant pas la limite d’exposition professionnelle applicable de la classe inférieure. Beaucoup de lasers d’alignement et d’instruments topographiques se classent dans cette catégorie.

Les lasers de la classe 4 peuvent présenter un risque d’incendie, de lésions cutanées ou de réflexion diffuse. Ils comprennent presque tous les lasers chirurgicaux et les lasers d’usinage servant au soudage et au découpage qui ne sont pas placés dans une enveloppe fermée, ainsi que tous les lasers dont la puissance moyenne de sortie dépasse 0,5 W. Si un laser haute puissance de classe 3 ou 4 est placé dans un boîtier totalement fermé de sorte qu’aucune énergie rayonnante dangereuse ne soit émise à l’extérieur, l’appareil qui le contient peut s’inscrire dans la classe 1. Dans ce cas, le laser intérieur est dit laser incorporé .

Les limites d’exposition professionnelle

La Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP, 1996a)) a publié des lignes directrices relatives aux limites d’exposition humaine au rayonnement laser, qui sont périodiquement mises à jour. Des limites d’exposition représentatives figurent dans le tableau 49.3 pour un certain nombre de lasers typiques. Presque tous les faisceaux laser dépassent les limites d’exposition admissibles. C’est pourquoi, en pratique, les limites d’exposition ne sont pas normalement prises comme base pour définir les mesures de sécurité. On s’appuie plutôt sur la classification des lasers, qui est elle-même fondée sur les limites d’exposition appliquées dans des conditions représentatives.

Tableau 49.3 Limites d’exposition au rayonnement pour quelques lasers courants

Type de laser

Principales longueurs d’onde

Limite d’exposition

Fluorure d’argon

193 nm

3,0 mJ/cm2 pendant 8 heures

Chlorure de xénon

308 nm

40 mJ/cm2 pendant 8 heures

Argon ionisé

488, 514,5 nm

3,2 mW/cm2 pendant 0,1 s

Vapeur de cuivre

510, 578 nm

2,5 mW/cm2 pendant 0,25 s

Hélium-néon

632,8 nm

1,8 mW/cm2 pendant 10 s

Vapeur d’or

628 nm

1,0 mW/cm2 pendant 10 s

Krypton ionisé

568, 647 nm

1,0 mW/cm2 pendant 10 s

Néodyme-YAG

1 064 nm
1 334 nm

5,0 µJ/cm2 pendant 1 ns à 50 µs
Pas d’EMP si t <1 ns,
5 mW/cm2 pendant 10 s

Gaz carbonique

10-6 µm

100 mW/cm2 pendant 10 s

Monoxyde de carbone

~5 µm

Jusqu’à 8 heures, zone limitée
10 mW/cm2 pendant >10 s pour l’ensemble du corps

Toutes les normes et recommandations comportent des EMP (expositions maximales permises) correspondant à d’autres longueurs d’onde et périodes d’exposition.

Note: pour exprimer les EMP en mJ/cm2, il suffit de multiplier les mW/cm2 par le temps d’exposition en secondes. Par exemple, l’EMP du laser à l’hélium-néon ou à l’argon à 0,1 s est de 0,32 mJ/cm2.

Source: ANSI, 1993; ACGIH, 1995; Duchene, Lakey et Repacholi, 1991.

Les normes de sécurité pour les lasers

De nombreux pays ont publié des normes de sécurité pour les lasers, dont la plupart sont harmonisées avec la norme internationale CEI 60825-1 (1993) de la Commission électrotechnique internationale (CEI). Cette norme s’adresse aux fabricants, mais fournit aussi des informations limitées sur la sécurité aux utilisateurs. Tous les appareils commerciaux à laser doivent porter une étiquette indiquant leur classe et, dans le cas des classes 2 à 4, une étiquette particulière de mise en garde correspondant à la classe.

Les mesures de sécurité

Le système de classification des lasers facilite considérablement la détermination des mesures de sécurité à prendre. Les normes et codes de bonne pratique établis à des fins de sécurité imposent par principe des mesures restrictives de plus en plus sévères en fonction du niveau de classement.

En pratique, il est toujours préférable de placer le laser et son faisceau dans un boîtier complètement fermé de façon qu’aucun rayonnement potentiellement dangereux ne soit émis à l’extérieur. Toutefois, cette condition est souvent impossible à réaliser, et il faut alors donner aux travailleurs une formation adéquate sur l’utilisation du matériel et les mesures de limitation des risques.

A part la règle évidente consistant à ne pas pointer un faisceau laser dans les yeux d’une personne, aucune mesure de contrôle n’est imposée dans le cas des appareils à laser de la classe 2. Par contre, les appareils des classes supérieures doivent évidemment faire l’objet de mesures de sécurité.

S’il est impossible d’envelopper totalement un laser de classe 3 ou 4, le confinement du faisceau (à l’intérieur d’un tube, par exemple) et l’utilisation de chicanes et de capots optiques peuvent, dans la plupart des cas, virtuellement exclure le risque d’une exposition oculaire dangereuse.

Lorsqu’on ne peut pas placer un laser de classe 3 ou 4 dans une enveloppe de confinement, on doit établir une zone contrôlée d’accès restreint et prescrire le port obligatoire de lunettes protectrices dans toute la zone nominale de danger (ZND) du faisceau laser. Bien que dans la plupart des laboratoires de recherche utilisant des faisceaux laser collimatés la ZND s’étende à toute la zone contrôlée, la ZND pourrait en fait être d’étendue très limitée dans le cas des applications à faisceau focalisé et ne concerner qu’une partie du local du laser.

Pour prévenir un usage non prévu et potentiellement dangereux de la part de tiers non autorisés, la commande par clé qui équipe tous les appareils à laser commercialisés devrait être systématiquement utilisée.

S’il est possible à des tiers non autorisés d’accéder à l’appareil, la clé devrait être gardée dans un endroit sûr lorsque le laser n’est pas utilisé.

Des précautions particulières sont nécessaires lors du réglage et de la mise en marche initiale du laser, car c’est à ce moment-là que le risque de lésions oculaires graves est le plus grand. Les travailleurs chargés de ces opérations devraient recevoir une formation spéciale sur les pratiques de sécurité.

Sur la base des limites d’exposition professionnelle, on a mis au point des lunettes de protection laser ayant la densité optique (qui est une fonction logarithmique du facteur d’atténuation) nécessaire pour des lasers donnés, compte tenu de la longueur d’onde et de la durée de l’exposition. Il existe des normes européennes spécifiques pour la protection des yeux contre le rayonnement laser; d’autres normes ont été édictées aux Etats-Unis (ANSI Z136.1 (1993) et ANSI Z136.3 (1996)).

La formation

Les enquêtes menées à la suite d’accidents provoqués par des lasers, tant dans des laboratoires qu’en milieu industriel, mettent souvent en évidence un facteur commun: le manque de formation. La formation à la sécurité en matière de laser devrait être à la fois adéquate et suffisante compte tenu des opérations laser au voisinage desquelles chaque employé est appelé à travailler. Elle devrait correspondre au type de laser utilisé et aux fonctions auxquelles le travailleur est affecté.

La surveillance médicale

La surveillance médicale des travailleurs appelés à utiliser des lasers ou travaillant à proximité varie d’un pays à l’autre, selon la réglementation locale. Il y a quelque temps, lorsque les lasers étaient confinés aux laboratoires de recherche et qu’on ne connaissait pas bien leurs effets biologiques, il était courant de soumettre périodiquement chaque travailleur exposé à un examen ophtalmologique complet avec photographie du fond de l’œil (rétine). Toutefois, cette pratique a été remise en question au début des années soixante-dix parce que les conclusions cliniques étaient presque toujours négatives et qu’il était devenu évident que ces examens ne révélaient que les lésions aiguës, qui, de toute façon, étaient perceptibles subjectivement. C’est pour cette raison qu’au cours de sa réunion de 1975 à Don Leaghreigh, en Irlande, le groupe de travail de l’OMS sur les lasers a recommandé l’abandon des programmes de surveillance par examen au profit d’un contrôle de la fonction visuelle elle-même. Depuis, la plupart des groupes nationaux de santé au travail ont constamment réduit les exigences en matière d’examen médical. Aujourd’hui, les examens ophtalmologiques complets ne sont universellement exigés qu’en cas de lésion oculaire ou si l’on soupçonne une surexposition. Par contre, un examen de la vue est généralement obligatoire avant le recrutement. Certains pays prescrivent aussi des examens supplémentaires.

Le mesurage du rayonnement laser

Contrairement à ce qui se passe pour d’autres rayonnements, il n’est généralement pas nécessaire d’effectuer des mesures pour surveiller le niveau de rayonnement laser en milieu de travail. Par suite des caractéristiques très localisées du faisceau de la plupart des lasers, du peu de probabilité d’un changement de trajectoire et de la complexité et du prix des radiomètres laser, les normes de sécurité actuelles se fondent sur la classe de risques plutôt que sur la mesure et la surveillance du rayonnement en milieu de travail. Les fabricants, par contre, doivent mesurer le rayonnement pour vérifier la conformité de leurs appareils aux normes de sécurité applicables et les affecter à une classe. De fait, c’est notamment à cause de la grande difficulté d’effectuer des mesures pour l’évaluation des risques que l’on a, à l’origine, envisagé d’établir un système de classification de risque pour les lasers.

Conclusion

Relativement rare en milieu de travail il y a quelques années, le laser est aujourd’hui omniprésent, comme le sont les programmes de sécurité laser. La clé d’une utilisation non dangereuse des appareils est en premier lieu de confiner, pour autant que cela soit possible, l’énergie rayonnante du laser; à défaut, il faudra établir des mesures de contrôle adéquates et donner la formation nécessaire à tous les membres exposés du personnel.

LES ONDES RADIOFRÉQUENCES ET LES ONDES HYPERFRÉQUENCES

Kjell Hansson Mild

Les ondes radiofréquences (RF) et les ondes hyperfréquences ont de nombreuses applications dans l’industrie, le commerce, la médecine et la recherche ainsi que dans les foyers. Ces ondes, dont la fréquence est comprise entre 3 et 3 × 108 kHz (300 GHz), sont utilisées dans des domaines bien connus: radio, télévision, télécommunications (téléphone interurbain, radiotéléphone mobile, radiocommunications), radar, chauffage diélectrique, chauffage par induction, alimentations à commutation et écrans d’ordinateur.

Le rayonnement RF haute puissance est une source d’énergie thermique qui présente tous les effets connus du chauffage sur les systèmes biologiques: brûlures, changements temporaires et permanents des fonctions de reproduction, cataracte et décès. Dans la vaste bande des ondes RF, on ne peut se fier à la perception cutanée de la chaleur et à la sensation de brûlure comme moyens de détection. En effet, les capteurs thermiques du corps humain étant situés dans la peau, ils ne réagissent pas de manière sensible au chauffage profond que les champs électromagnétiques RF produisent dans le corps. Des limites d’exposition sont donc nécessaires pour protéger contre les effets nocifs des champs d’ondes RF.

L’exposition professionnelle

Le chauffage par induction

Un matériau conducteur soumis à un intense champ magnétique alternatif s’échauffe sous l’effet des courants de Foucauld . Le chauffage par induction sert à forger, à recuire, à braser et à souder. Les fréquences de travail vont de 50 ou 60 Hz à plusieurs MHz. Comme les bobines qui engendrent les champs magnétiques sont souvent petites, le risque d’une forte surexposition de tout le corps est faible; toutefois, l’exposition des mains peut être importante.

Le chauffage diélectrique

L’énergie des ondes RF d’une fréquence de 3 à 50 MHz (notamment à 13,56, 27,12 et 40,68 MHz) est utilisée dans l’industrie pour différentes opérations de chauffage. Les applications comprennent le soudage et le formage des plastiques, le séchage des colles, le traitement des tissus et des textiles, le travail du bois et la fabrication de produits aussi divers que les bâches, les piscines, les matelas à eau, les chaussures et les étuis pour chèques de voyage.

D’après la documentation (Mild, 1980; IEEE, 1990a, 1990b, 1991), il arrive souvent dans l’industrie que les champs de fuite électriques et magnétiques soient très élevés à proximité des appareils à ondes RF. Or, leur exploitation est souvent assurée par des femmes en âge de procréer (entre 18 à 40 ans). Les champs de fuite sont souvent de grande étendue dans certains milieux de travail, ce qui entraîne une exposition du corps entier chez les opérateurs. Pour beaucoup d’entre eux, les niveaux d’exposition aux champs électriques et magnétiques dépassent toutes les recommandations de sécurité existantes concernant le rayonnement RF.

Etant donné l’importance des doses qui peuvent être reçues à proximité de ces appareils, leurs champs de fuite doivent être surveillés. Une surveillance périodique du rayonnement est donc indispensable pour déterminer s’il existe un problème d’exposition.

Les systèmes de télécommunications

Les opérateurs de télécommunications et de radars ne sont exposés, la plupart du temps, qu’à des champs de faible intensité. Toutefois, ceux qui doivent monter dans les tours de radio et de télévision peuvent être soumis à des champs intenses, ce qui impose des précautions. L’exposition peut également être élevée à proximité des armoires d’émetteurs lorsque les dispositifs de verrouillage ont été mis hors fonction et que les portes sont ouvertes.

L’exposition en milieu médical

La diathermie par ondes courtes a été l’une des premières applications médicales de l’énergie des ondes RF. D’habitude, on se sert à cette fin d’électrodes non protégées pouvant donner lieu à des champs parasites élevés.

Depuis quelques années, des champs RF sont utilisés en même temps que les champs magnétiques statiques en matière d’imagerie par résonance magnétique (IRM). Comme l’énergie RF utilisée est faible et que le champ est presque entièrement contenu dans l’enceinte réservée au patient, l’exposition des opérateurs est négligeable.

Les effets biologiques

Le débit d’absorption spécifique (DAS, mesuré en watts par kilogramme de poids corporel) est couramment utilisé comme quantité dosimétrique de base pour définir les limites d’exposition. Le DAS d’un corps biologique dépend de paramètres d’exposition tels que la fréquence, l’intensité et la polarisation du rayonnement, la position du corps par rapport à la source, les surfaces réfléchissantes, ainsi que la taille, la forme et les propriétés électriques du corps. De plus, la répartition spatiale du DAS dans le corps est très irrégulière, ce qui entraîne un chauffage profond non uniforme pouvant engendrer des gradients internes de température; aux fréquences supérieures à 10 GHz, par exemple, l’énergie est localisée près de la surface du corps. En fonction de la fréquence, le DAS maximal, pour un sujet moyen, se situe aux alentours de 70 MHz, mais il baisse à environ 30 MHz si le sujet est en contact avec une prise de terre RF. Dans des conditions extrêmes de température et d’humidité, un DAS corps entier de 1 à 4 W/kg à 70 MHz peut causer en une heure une élévation d’environ 2 °C de la température centrale chez des sujets en bonne santé.

Le mécanisme d’interaction du chauffage RF a fait l’objet d’études approfondies. Des effets thermiques ont été observés à moins de 1 W/kg, mais aucun seuil de température correspondant n’a en général été mis en évidence. La relation temps-température doit être prise en considération dans l’évaluation des effets biologiques.

On a également observé des effets biologiques dans des conditions où le mécanisme de chauffage par ondes RF était faible ou absent. Ces effets mettaient souvent en cause des champs RF modulés à des longueurs d’onde millimétriques. Diverses hypothèses ont été proposées, mais elles n’ont pas encore abouti à des informations utiles pouvant servir de base à la fixation des limites d’exposition pour les humains. Il est nécessaire de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux d’interaction, car il est difficile, en pratique, d’étudier chaque champ RF pour en déterminer les interactions caractéristiques biophysiques et biologiques.

Des études menées chez l’humain et chez l’animal ont révélé que les champs RF, comme on l’a déjà dit, peuvent avoir des effets biologiques préjudiciables par suite de l’échauffement excessif des tissus internes. Etant donné que les capteurs thermiques du corps, situés dans la peau, ne sont pas sensibles au chauffage profond du corps, les travailleurs peuvent, sans le savoir, absorber des quantités assez importantes d’énergie RF. Des études ont montré que des personnes exposées à des champs RF provenant d’appareils radar, d’appareils de chauffage et de collage par ondes RF et de tours de radio et de télévision n’avaient perçu une sensation d’échauffement qu’après avoir été exposées pendant un certain temps.

Il n’existe pas vraiment d’indices permettant de croire que les champs RF peuvent induire des cancers chez les humains. Une étude a cependant émis l’hypothèse qu’ils pourraient favoriser l’apparition de cancers chez les animaux (Szmigielski et coll., 1988). Les études épidémiologiques portant sur le personnel exposé à des champs RF sont rares et, le plus souvent, d’une portée limitée (Silverman, 1990; NCRP, 1986; OMS, 1981). Plusieurs enquêtes ont été effectuées dans l’ex-Union soviétique et dans des pays d’Europe de l’Est (Roberts et Michaelson, 1985) sur des travailleurs soumis à une exposition professionnelle, mais elles n’ont pas abouti à des résultats concluants quant aux effets sur la santé.

Des études épidémiologiques et d’évaluation portant sur des opérateurs européens de machines à sceller par ondes RF (Kolmodin-Hedman et coll., 1988; Bini et coll., 1986) signalent les problèmes particuliers suivants:

Le radiotéléphone mobile

L’utilisation croissante de radiotéléphones personnels a multiplié le nombre des stations de base, qui sont souvent situées dans des zones accessibles au public. Toutefois, l’exposition de celui-ci, du fait de ces stations, est faible. Qu’ils soient analogiques ou numériques, les radiotéléphones fonctionnent en général à des fréquences proches de 900 MHz ou de 1,8 GHz. Les combinés consistent en petits émetteurs radio de faible puissance que l’on tient contre l’oreille et le visage lors de leur utilisation. En fonctionnement, une partie de la puissance rayonnée par l’antenne est donc absorbée par la tête. Des mesures et des calculs effectués sur des maquettes ont abouti à des DAS de l’ordre de quelques W/kg (ICNIRP, 1996b). L’opinion publique s’inquiète des incidences possibles sur la santé de ces champs électromagnétiques, ce qui explique que plusieurs programmes de recherche soient consacrés à cette question (McKinley et coll., rapport non publié). Différentes études épidémiologiques actuellement en cours ont pour but de rechercher un rapport entre l’usage des radiotéléphones mobiles et le cancer du cerveau. Jusqu’ici, une seule étude est parue sur le sujet (Repacholi et coll., 1997); elle portait sur des souris transgéniques qui ont été exposées une heure par jour pendant 18 mois à un signal semblable à celui que l’on utilise dans les communications mobiles numériques. A la fin de l’expérience, 43 des 101 souris exposées avaient des lymphomes, à comparer à 22 sur 100 dans le groupe témoin. L’augmentation était statistiquement significative ( p > 0,001). Il n’est pas facile d’interpréter ces résultats d’une façon qui permette de les extrapoler aux humains, et d’autres recherches seront nécessaires dans ce domaine.

Les normes et les recommandations

Plusieurs organismes et gouvernements ont publié des normes et des recommandations destinées à éviter une exposition excessive aux champs d’ondes RF. Grandolfo et Mild (1989) ont effectué une étude bibliographique des normes de sécurité mondiales, mais notre examen ici se limitera aux recommandations de l’Association internationale pour la protection contre les radiations (International Radiation Protection Association (IRPA, 1988b) et à la norme C 95.1 de l’Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE, 1991)).

L’IRPA (1988b) fournit des explications complètes sur la raison d’être des limites d’exposition aux champs RF. En bref, les recommandations de l’IRPA se fondent sur un DAS limite de base de 4 W/kg, au-delà duquel on considère que les chances d’effets préjudiciables pour la santé augmentent par suite de l’absorption d’énergie RF. Aucun effet nuisible dû à une exposition aiguë n’a été observé en deçà de ce niveau. En se fixant une marge de sécurité de 10 pour tenir compte des conséquences possibles d’une exposition à long terme, l’IRPA a adopté 0,4 W/kg comme niveau de base pour le calcul de limites d’exposition professionnelle. Un facteur de sécurité supplémentaire de 5 est pris en compte dans le calcul des limites relatives au public.

Les limites d’exposition calculées pour l’intensité du champ électrique (E, en V/m), l’intensité du champ magnétique (H, en A/m) et la densité de puissance (en W/m2) sont présentées dans la figure 49.7. Les valeurs se basent sur la moyenne quadratique des champs E et H pour une période de 6 minutes. Il est recommandé que l’exposition de crête ne dépasse pas les moyennes de plus de 100 fois. En outre, le courant entre le corps et la terre ne devrait pas excéder 200 mA.

Figure 49.7 Limites d'exposition de l'IRPA (1988b) pour le champ électrique E, le champ
magnétique H et la densité de puissance

Figure 49.7

La norme C 95.1 établie en 1991 par l’IEEE fixe la valeur limite d’exposition professionnelle (en milieu contrôlé) à 0,4 W/kg pour le DAS moyen pour tout le corps et à 8 W/kg pour le DAS de crête pour un gramme de tissu quelconque pendant 6 minutes ou plus. Les valeurs correspondantes d’exposition pour le grand public (en milieu non contrôlé) sont de 0,08 W/kg dans le cas de l’ensemble du corps, avec un DAS de crête de 1,6 W/kg. Le courant entre le corps et la terre ne devrait pas dépasser 100 mA en milieu professionnel et 45 mA en milieu non contrôlé (voir la documentation IEEE, 1991 pour de plus de détails). Les limites déduites sont présentées dans la figure 49.8.

Figure 49.8 Limites d'exposition de l'IEEE (1991) pour le champ électrique E, le champ
magnétique H et la densité de puissance

Figure 49.8

Les lecteurs intéressés trouveront d’autres renseignements sur les champs d’ondes RF et les micro-ondes dans plusieurs ouvrages, notamment Elder et coll., 1991; Greene, 1992; Polk et Postow, 1986.

LES CHAMPS ÉLECTRIQUES ET MAGNÉTIQUES À BASSE FRÉQUENCE

Michael H. Repacholi

Les champs électriques et magnétiques à basse fréquence (BF) couvrent l’intervalle de fréquence 0 Hz-30 kHz. Dans le présent article, nous désignons par «ondes mégamétriques» l’intervalle compris entre 0 et 300 Hz et par «ondes myriamétriques» l’intervalle compris entre 300 Hz et 30 kHz. Dans ces bandes, la longueur d’onde varie entre l’infini (∞) et 10 km. Par conséquent, le champ électrique et le champ magnétique agissent en pratique indépendamment l’un de l’autre et doivent être traités séparément. Le champ électrique (E) est mesuré en volts par mètre (V/m), le champ magnétique (H) en ampères par mètre (A/m) et la densité de flux magnétique (B) en teslas (T).

Un débat très animé au sujet des effets possibles de ces ondes sur la santé a été lancé à propos des travailleurs qui emploient des matériels fonctionnant dans cette gamme de fréquences. La fréquence qui est de loin la plus courante, c’est-à-dire celle de 50/60 Hz, est utilisée pour la génération, la distribution et la consommation du courant électrique. La crainte que l’exposition à des champs magnétiques de 50 ou 60 Hz soit liée à une incidence accrue de cancer a été alimentée autant par les articles des médias et des informations douteuses répandues à ce sujet que par le débat scientifique qui se poursuit (Repacholi, 1990; NRC, 1996).

L’objet du présent article est de présenter un aperçu des sujets suivants:

On trouvera ci-après des descriptions sommaires destinées à renseigner les travailleurs sur le type et l’intensité des champs dus aux principales sources d’ondes mégamétriques et myriamétriques, ainsi que sur les effets biologiques, les conséquences possibles pour la santé et les limites actuelles d’exposition. On trouvera également un aperçu des précautions et des mesures de sécurité recommandées. En ce qui concerne les terminaux à écran de visualisation, utilisés par de nombreux travailleurs, ils ne sont évoqués que très sommairement, car ils font l’objet du chapitre no 52 «Les terminaux à écran de visualisation» de la présente Encyclopédie .

Une grande partie des renseignements présentés ici figurent sous une forme plus détaillée, dans un certain nombre de documents (OMS, 1984, 1987, 1991, 1993; IRPA, 1990; BIT, 1993a; NRPB, 1992, 1993; IEEE, 1991; Greene, 1992; NRC, 1996).

Les sources d’exposition professionnelle

Les niveaux d’exposition professionnelle varient considérablement et dépendent dans une large mesure de l’application en cause. Le tableau 49.4 présente un résumé des applications caractéristiques utilisant des fréquences dans la bande de 0 à 30 kHz.

Tableau 49.4 Applications du matériel fonctionnant à des fréquences situées
entre 0 et 30 kHz

Fréquence

Longueur d’onde (km)

Applications caractéristiques

16,67, 50, 60 Hz

18 000-5 000

Production, transmission et utilisation du courant électrique, procédés électrolytiques, chauffage par induction, fours à arc et fours-poches, soudage, transport, etc., toute utilisation de l’énergie électrique à des fins industrielles, commerciales, médicales ou de recherche

0,3-3 kHz

1 000-100

Modulation des ondes de radiodiffusion, applications médicales, fours électriques, chauffage par induction, trempe, brasage, fusion, affinage

3-30 kHz

100-10

Communications à très grande portée, radionavigation, modulation des ondes de radiodiffusion, applications médicales, chauffage par induction, trempe, brasage, fusion, affinage, terminaux à écran de visualisation

Production et distribution de l’énergie électrique

Les champs électriques et magnétiques de sources artificielles à 50/60 Hz sont principalement liés à la production et à la distribution de l’énergie électrique, ainsi qu’à l’utilisation d’appareils électriques. Nombre de ces appareils fonctionnent à la fréquence du secteur, c’est-à-dire 50 Hz dans la plupart des pays et 60 Hz en Amérique du Nord. Certaines lignes de chemin de fer électriques sont en outre alimentées en courant à la fréquence de 16,67 Hz.

Les lignes de transmission et les sous-stations à haute tension (HT) engendrent les champs électriques les plus puissants auxquels les travailleurs puissent être régulièrement exposés. La hauteur des conducteurs, la configuration géométrique de la ligne, la distance horizontale entre la ligne et les travailleurs, ainsi que la tension du courant transporté constituent de loin les facteurs les plus importants lorsqu’on considère l’intensité maximale du champ électrique au niveau du sol. A des distances horizontales d’environ le double de la hauteur de la ligne, le champ électrique est quasi inversement proportionnel à la distance (Zaffanella et Deno, 1978). A l’intérieur des bâtiments voisins des lignes de transmission HT, le champ électrique est ordinairement atténué, par rapport à un champ non perturbé, d’un facteur d’environ 100 000, selon la configuration du bâtiment et la nature des matériaux de la charpente.

Les champs magnétiques dus aux lignes de transmission aériennes sont d’habitude relativement faibles, par comparaison avec les applications industrielles utilisant des courants élevés. Les employés des services publics d’électricité qui travaillent dans des sous-stations ou entretiennent des lignes de transmission sous tension forment un groupe particulier exposé à des champs magnétiques intenses (5 mT, voire plus dans certains cas). En l’absence de matériaux ferromagnétiques, les lignes du champ magnétique forment des cercles concentriques autour du conducteur. La géométrie de celui-ci mise à part, la densité maximale du flux magnétique ne dépend que de l’intensité du courant. Au-dessous d’une ligne de transmission à haute tension, le champ magnétique est surtout orienté perpendiculairement à l’axe de la ligne. Au niveau du sol, la densité de flux atteint son maximum sous le conducteur central ou sous les conducteurs extérieurs, selon la relation de phase qui existe entre les conducteurs. Dans le cas d’une ligne de transmission aérienne classique à double circuit de 500 kV, la densité maximale du flux magnétique au niveau du sol est d’environ 35 µT par kiloampère de courant transporté (Bernhardt et Matthes, 1992). Des densités de flux magnétique atteignant 0,05 mT sont courantes dans les lieux de travail proches de lignes aériennes, dans les sous-stations et dans les centrales électriques fonctionnant à 16,67, 50 ou 60 Hz (Krause, 1986).

Les procédés industriels

L’exposition professionnelle aux champs magnétiques est essentiellement associée au travail à proximité d’équipements industriels alimentés en courants élevés: soudage, fusion sous laitier, chauffage (fours, appareils de chauffage à induction) et brassage.

Des relevés portant sur les appareils de chauffage à induction utilisés dans l’industrie ont été effectués au Canada (Stuchly et Lécuyer, 1985), en Pologne (Aniolczyk, 1981), en Australie (Repacholi, données non publiées) et en Suède (Lövsund, Oberg et Nilsson, 1982). Ils ont révélé qu’aux endroits où se tiennent les opérateurs, la densité de flux magnétique peut se situer entre 0,7 µT et 6 mT, selon la fréquence utilisée et la distance entre l’opérateur et la machine. Dans leur étude des champs magnétiques engendrés par le matériel industriel de soudage et de fabrication de l’acier électrique, Lövsund, Oberg et Nilsson (1982) ont constaté que les machines à souder par points (50 Hz, 15 à 106 kA) et les fours-poches (50 Hz, 13 à 15 kA) produisaient des champs atteignant 10 mT à 1 m. En Australie, on a pu mesurer, dans une installation de chauffage par induction fonctionnant entre 50 Hz et 10 kHz, des champs de 2,5 mT (fours à induction de 50 Hz) aux endroits où se tiennent les opérateurs. De plus, les champs maximaux mesurés autour des inducteurs de chauffage fonctionnant à d’autres fréquences atteignaient 130 µT à 1,8 kHz, 25 µT à 2,8 kHz et plus de 130 µT à 9,8 kHz.

Comme les bobines produisant ces champs magnétiques sont souvent de dimensions réduites, il y a rarement forte exposition de tout le corps, mais plutôt exposition locale se limitant principalement aux mains. La densité de flux magnétique au niveau des mains de l’opérateur peut atteindre 25 mT (Lövsund et Mild, 1978; Stuchly et Lécuyer, 1985). Dans la plupart des cas, cependant, elle demeure inférieure à 1 mT. Pour ce qui est du champ électrique à proximité des inducteurs de chauffage, il est habituellement faible.

Les travailleurs de l’industrie électrochimique sont exposés à des champs électriques et magnétiques intenses produits par les fours électriques et d’autres équipements parcourus par des courants élevés. Des densités de flux atteignant 50 mT, en effet, ont été mesurées à proximité de fours à induction et de cuves d’électrolyse industrielles.

Les terminaux à écran de visualisation

L’utilisation des unités d’affichage et des terminaux à écran de visualisation augmente à un rythme accéléré. Les travailleurs qui ont à s’en servir ont exprimé des craintes au sujet des effets possibles des rayonnements de faible niveau qu’ils émettent. Des champs magnétiques (à des fréquences de 15 à 125 kHz) atteignant 0,69 A/m (0,9 µT) ont été mesurés dans les conditions les plus défavorables à proximité de la surface de l’écran (Bureau of Radiological Health, 1981). Ce résultat a été confirmé par de nombreuses enquêtes (Roy et coll., 1984; Repacholi, 1985; IRPA, 1988a). Des organismes nationaux et des spécialistes ont procédé à des examens approfondis des mesures et des enquêtes réalisées en ce qui concerne les terminaux à écran de visualisation; ils ont abouti à la conclusion que ces appareils n’émettent aucun rayonnement pouvant altérer la santé (Repacholi, 1985; IRPA, 1988a; BIT, 1993b). Il n’est pas jugé nécessaire de mesurer périodiquement le rayonnement parce que, même dans les conditions les plus défavorables ou en cas de défectuosité du matériel, le niveau des émissions reste très inférieur aux limites fixées dans toutes les normes nationales ou internationales (IRPA, 1988a).

On trouvera un examen complet des émissions ainsi qu’un résumé de la littérature scientifique, des normes et des recommandations applicables dans le document du Bureau international du Travail (BIT, 1993b).

Les applications médicales

Des études ont été faites sur le traitement de personnes souffrant de fractures lentes à guérir au moyen de champs magnétiques pulsés (Bassett, Mitchell et Gaston, 1982; Mitbreit et Manyachin, 1984). L’utilisation de tels champs pour favoriser la cicatrisation et la régénération des tissus fait actuellement l’objet d’études.

Différents dispositifs produisant des champs magnétiques pulsés servent à stimuler la croissance des os. Un appareil caractéristique de ce type produit une densité moyenne de flux magnétique d’environ 0,3 mT, avec une intensité de crête d’environ 2,5 mT, et induit dans les os des champs électriques de crête de l’ordre de 0,075 à 0,175 V/m (Bassett, Pawluk et Pilla, 1974). Près de la surface du membre exposé, le dispositif produit une densité de flux magnétique de crête de l’ordre de 1,0 mT, qui induit dans les tissus des courants d’ionisation d’une densité de 10 à 100 mA/m2 (1 à 10 µA/cm2).

Les mesures

Avant de mesurer les champs mégamétriques ou myriamétriques, il importe d’obtenir autant de renseignements que possible sur les caractéristiques de la source et la situation d’exposition. Ces renseignements sont nécessaires pour estimer l’ordre de grandeur des champs à mesurer et choisir en conséquence les appareils de mesure (Tell, 1983).

Les renseignements concernant la source devraient comprendre ce qui suit:

Les renseignements au sujet de la situation d’exposition devraient comprendre ce qui suit:

Les résultats de relevés effectués en milieu de travail sont résumés dans le tableau 49.5.

Tableau 49.5 Sources d'exposition professionnelle aux champs magnétiques

Source

Densité de flux magnétique (mT)

Distance (m)

Terminaux à écran de visualisation

Jusqu’à 2,8 × 10–4

0,3

Lignes haute tension

Jusqu’à 0,4

Sous la ligne

Centrales électriques

Jusqu’à 0,27

1

Arcs de soudage (0-50 Hz)

0,1-5,8

0-0,8

Appareils de chauffage à induction (50 Hz-10 kHz)


0,9-65


0,1-1

Fours-poches à 50 Hz

0,2-8

0,5-1

Fours à arc à 50 Hz

Jusqu’à 1

2

Agitateurs à induction à 10 Hz

0,2-0,3

2

Soudage sous laitier à 50 Hz

0,5-1,7

0,2-0,9

Matériel thérapeutique

1-16

1

Sources: Allen, 1991; Bernhardt, 1988a; Krause, 1986; Lövsund, Oberg et Nilsson, 1982; Repacholi, données non publiées; Stuchly, 1986; Stuchly et Lécuyer, 1985, 1989.

Les appareils de mesure

Un appareil de mesure du champ électrique ou magnétique se compose essentiellement de trois parties: une sonde, des conducteurs et le boîtier de mesure. Pour effectuer des mesures correctes, les appareils de mesure devraient avoir les caractéristiques énumérées ci-après:

Les relevés

On procède ordinairement à des relevés pour déterminer si les champs présents sur le lieu de travail restent au-dessous des limites fixées dans les normes nationales. La personne qui prend les mesures doit donc très bien connaître ces normes.

Tous les endroits occupés par des opérateurs et accessibles au personnel doivent être compris dans un relevé. L’opérateur de l’équipement mis à l’épreuve et le responsable du relevé devraient se tenir aussi loin que possible de la zone d’essai. Tous les objets normalement présents, qui pourraient refléter ou absorber de l’énergie, doivent rester en place. Le responsable du relevé devrait se protéger contre le risque de brûlure et de choc par ondes RF, surtout à proximité de systèmes basse fréquence à forte puissance.

Les mécanismes d’interaction et les effets biologiques

Les mécanismes d’interaction

Les seuls mécanismes établis d’interaction entre les champs mégamétriques ou myriamétriques et les systèmes biologiques sont passés en revue ci-après:

Parmi les interactions énumérées ci-dessus, les deux premières sont des exemples de couplage direct entre des personnes et des champs d’ondes mégamétriques ou myriamétriques. Les quatre dernières, par contre, sont des exemples de mécanismes de couplage indirect parce qu’elles ne peuvent se produire que si l’organisme exposé se trouve à proximité d’un autre corps soumis au champ (autres êtres humains, animaux ou objets tels que voitures, clôtures, etc.).

Même si des hypothèses ont été émises sur l’existence d’autres mécanismes d’interaction entre les tissus biologiques et les champs d’ondes mégamétriques ou myriamétriques et que quelques faits semblent les appuyer (OMS, 1993; NRPB, 1993; NRC, 1996), il n’a jamais été possible d’établir que ces mécanismes pouvaient avoir des effets nocifs.

Les effets sur la santé

Les indices recueillis jusqu’ici donnent à penser que la plupart des effets prouvés de l’exposition à des champs électriques et magnétiques de fréquence comprise entre 0 et 30 kHz résultent de réactions aiguës à des charges superficielles et à des courants induits. Les personnes exposées peuvent percevoir les fluctuations de la charge superficielle induite sur leur corps par les champs électriques d’ondes mégamétriques (mais non par les champs magnétiques). Ces variations peuvent être gênantes si elles sont assez intenses. Les effets produits par des courants traversant le corps humain (seuils de perception, de relâchement et de contraction tétanique) sont résumés dans le tableau 49.6.

Tableau 49.6 Effets de courants circulant dans le corps humain

Effets

Sujets

Seuil d’intensité du courant (mA)

   

50 et 60 Hz

300 Hz

1000 Hz

10 kHz

30 kHz

Perception

Hommes
Femmes
Enfants

1,1
0,7
0,55

1,3
0,9
0,65

2,2
1,5
1,1

15
10
9

50
35
30

Choc; seuil de retrait

Hommes
Femmes
Enfants

9
6
4,5

11,7
7,8
5,9

16,2
10,8
8,1

55
37
27

126
84
63

Tétanisation thoracique; choc électrique grave

Hommes
Femmes
Enfants

23
15
12

30
20
15

41
27
20,5

94
63
47

320
214
160

Source: Bernhardt, 1988b.

On a réussi à stimuler des cellules nerveuses et musculaires humaines au moyen de courants induits par exposition à des champs magnétiques de plusieurs mT, à des fréquences comprises entre 1 et 1,5 kHz. Le seuil estimé de la densité du courant se situait au-dessus de 1 A/m2. Des effets de papillotement visuel peuvent être provoqués par l’exposition de l’œil à des champs magnétiques même à des niveaux de l’ordre de 5 à 10 mT (à 20 Hz) ou par application directe de courants électriques sur la tête. Ces réactions, ainsi que les résultats d’études neurophysiologiques semblent indiquer que certaines fonctions subtiles du système nerveux central, comme le raisonnement ou la mémoire, pourraient être affectées par des densités de courant supérieures à 10 mA/m2 (NRPB, 1993). Il est probable que les seuils restent constants jusqu’à environ 1 kHz, et s’élèvent ensuite avec la fréquence.

Plusieurs études in vitro (OMS, 1993; NRPB, 1993) ont signalé des changements du métabolisme (modification de l’activité enzymatique et du métabolisme des protéines et toxicité réduite des lymphocytes) dans différentes lignées cellulaires exposées à des champs électriques d’ondes mégamétriques et myriamétriques, ainsi qu’à des courants directement appliqués aux cultures cellulaires. La plupart des effets ont été notés à des densités de courant comprises entre 10 et 1 000 mA/m2, mais ces réactions ne sont pas très clairement définies (Sienkiewicz, Saunder et Kowalczuk, 1991). Il y a toutefois lieu de noter que les densités de courant endogènes engendrées par l’activité électrique des nerfs et des muscles peuvent couramment s’élever à 1 mA/m2 et même atteindre 10 mA/m2 dans le cœur. A ces densités, le courant ne perturbe pas le système nerveux, les muscles et les autres tissus. On peut éviter les effets biologiques en maintenant le courant induit à moins de 10 mA/m2 jusqu’à des fréquences d’environ 1 kHz.

Il y a plusieurs autres mécanismes possibles d’interaction biologique qui pourraient avoir de multiples incidences sur la santé et sur lesquels nos connaissances sont limitées. Mentionnons notamment les suivants: changement possible des niveaux nocturnes de mélatonine dans l’épiphyse et perturbation des rythmes circadiens induits chez les animaux par l’exposition à des champs électriques et magnétiques d’ondes mégamétriques, et effets possibles des champs magnétiques mégamétriques sur les processus de développement et de cancérogenèse. De plus, il semble que l’on ait détecté des réactions biologiques à des champs électriques et magnétiques très faibles, ce qui se manifesterait par une altération de la mobilité des ions calcium dans le tissu cérébral, la modification des profils de décharge neuronale et la modification du comportement opérant. On a également signalé l’existence de «fenêtres» d’amplitude et de fréquence qui remettent en cause l’hypothèse conventionnelle selon laquelle l’intensité de la réaction croît avec la dose. Ces effets ne sont pas assez bien établis pour servir de base à la définition de limites d’exposition pour les humains, mais justifient des études plus poussées (Sienkiewicz, Saunder et Kowalczuk, 1991; OMS, 1993; NRC, 1996).

Le tableau 49.7 présente les densités de courant induites correspondant à divers effets biologiques chez les humains.

Tableau 49.7 Densités de courant approximatives produisant certains effets biologiques

Effet

Densité de courant (mA/m2 )

Stimulation directe des nerfs et des muscles

1 000-10 000

Altération de l’activité du système nerveux central
Modifications du métabolisme cellulaire in vitro

100-1 000

Modifications de la fonction rétinienne
Modifications probables du système nerveux central
Modifications du métabolisme cellulaire in vitro

10-100

Densité de courant endogène

1-10

Source: Sienkiewicz, Saunder et Kowalczuk, 1991.

Les normes d’exposition professionnelle

La quasi-totalité des normes fixant des limites dans l’intervalle de fréquence compris entre 0 et 30 kHz se fondent sur la nécessité de maintenir les champs et les courants électriques induits à des niveaux non dangereux. Habituellement, les densités de courant induites sont limitées à moins de 10 mA/m2. Le tableau 49.8 présente un résumé des limites actuelles d’exposition professionnelle.

Tableau 49.8 Limites d’exposition professionnelle aux champs électriques et magnétiques
de fréquence située entre 0 et 30 kHz (f est en Hz)

Pays/Référence

Intervalle de fréquence

Champ électrique (V/m)

Champ magnétique (A/m)

Normes internationales (IRPA, 1990)

50/60 Hz

10 000

398

Etats-Unis (IEEE, 1991)

3-30 kHz

614

163

Etats-Unis (ACGIH, 1993)

1-100 Hz
100-4 000 Hz
4-30 kHz

25 000
2,5 × 106/f
625

60/f
60/f
60/f

Allemagne (1996)

50/60 Hz

10 000

1 600

Royaume-Uni (NRPB, 1993)

1-24 Hz
24-600 Hz
600-1 000 Hz
130 kHz

25 000
6 × 105/f
1 000
1 000

64 000/f
64 000/f
64 000/f
64

Les mesures de protection

L’exposition professionnelle à proximité des lignes de transmission à haute tension dépend de l’endroit où se tient le travailleur, selon qu’il est au niveau du sol ou à la hauteur des conducteurs sur des lignes sous tension. Dans ce dernier cas, il peut porter des vêtements protecteurs pour réduire l’intensité du champ électrique et la densité du courant induit dans son corps à des valeurs proches de celles qu’il aurait à subir s’il travaillait au sol. Par contre, les vêtements protecteurs ne réduisent pas l’intensité du champ magnétique.

Il importe d’attribuer clairement la responsabilité de la protection des travailleurs et du public contre d’éventuels effets nocifs de l’exposition aux champs électriques et magnétiques d’ondes mégamétriques et myriamétriques. Il est recommandé à cet effet que les autorités compétentes prennent les mesures suivantes:

LES CHAMPS ÉLECTRIQUES ET MAGNÉTIQUES STATIQUES

Martino Grandolfo

L’environnement naturel et le cadre de vie de l’être humain produisent des champs électriques et magnétiques de diverses intensités qui s’exercent partout, en plein air, au bureau, au foyer et à l’usine. Deux importantes questions se posent à cet égard: 1) l’exposition à ces champs peut-elle nuire à la santé; et 2) quelles valeurs faut-il donner à des limites d’exposition se voulant «sans danger»?

Il est question dans cet article des champs électriques et magnétiques statiques. On y passe en revue les études effectuées sur les travailleurs de différentes branches et sur des animaux, études qui n’ont pas réussi à démontrer l’existence d’effets biologiques bien caractérisés aux niveaux d’exposition rencontrés en pratique. Néanmoins, les efforts déployés par un certain nombre d’organisations internationales pour établir des lignes directrices destinées à protéger les travailleurs et la population contre des niveaux d’exposition potentiellement dangereux sont aussi évoqués.

Définition

Lorsqu’une tension ou une intensité électriques sont appliquées à un objet tel qu’un conducteur, celui-ci acquiert une charge qui exerce des forces sur les autres charges se trouvant à proximité. On distingue deux genres de forces: celle que produisent des charges électriques statiques, que l’on appelle force électrostatique , et celle qui ne se manifeste que lorsque des charges sont en mouvement (par exemple, quant un courant électrique circule dans un conducteur), que l’on appelle force magnétique . Les physiciens et les mathématiciens ont créé le concept de champ pour décrire l’existence et la distribution spatiale de ces forces. On parle donc de champs de forces ou, tout simplement, de champs électriques et magnétiques.

L’adjectif statique décrit une situation dans laquelle toutes les charges sont fixes dans l’espace, ou se déplacent d’un mouvement régulier, produisant des charges et des densités de courant qui sont constantes dans le temps. Si les charges sont fixes, nous aurons un champ électrique dont l’intensité en un point quelconque de l’espace dépend de la valeur et de la disposition géométrique de toutes les charges. Dans le cas d’un courant électrique constant circulant dans un circuit, nous aurons à la fois un champ électrique et un champ magnétique constants dans le temps (champs statiques), puisque la densité de charge en tout point du circuit demeure invariable.

Electricité et magnétisme sont deux phénomènes distincts tant que les charges et le courant sont statiques; dans de telles conditions, il n’existe aucune relation entre le champ électrique et le champ magnétique et l’on peut les traiter séparément (contrairement à ce qui se produit si les champs varient dans le temps). Les champs électriques et magnétiques statiques sont clairement caractérisés par des intensités constantes et indépendantes du temps, correspondant à la limite de fréquence nulle des ondes d’extrêmement basse fréquence.

Les champs électriques statiques

L’exposition naturelle et professionnelle

Un champ électrique statique est produit par un corps portant des charges électriques. De même, des charges électriques sont induites à la surface d’un objet placé dans un champ électrique statique. Par conséquent, le champ électrique à la surface d’un objet, comme sur une pointe, peut être plus intense que le champ électrique non perturbé qui aurait existé en l’absence de l’objet. Le champ à l’intérieur de l’objet peut être très petit ou nul. Un champ électrique exerce une force sur des objets portant une charge; il peut, par exemple, hérisser les poils du corps, ce qui est parfois perceptible.

En moyenne, la terre porte une charge superficielle négative, tandis que la haute atmosphère est chargée positivement. Le champ électrique statique résultant, près de la surface de la terre, a une intensité d’environ 130 V/m. Ce champ diminue avec l’altitude, passant à environ 100 V/m à 100 m, à 45 V/m à 1 km et à moins de 1 V/m à 20 km. Toutefois, les valeurs effectives varient considérablement, selon le profil local de température et d’humidité et la présence de contaminants ionisés. Au-dessous de formations orageuses et même à l’approche de telles formations, d’importantes variations de champ se produisent au niveau du sol parce que la partie inférieure d’un nuage est en général négative, tandis que la masse supérieure est positive. De plus, il existe une différence de potentiel entre le nuage et le sol. Au fur et à mesure de l’approche du nuage, le champ au sol commence parfois par augmenter pour s’inverser ensuite, le sol acquérant une charge positive. Dans ce processus, on peut observer des champs de 100 V/m à 3 kV/m même en l’absence d’éclairs locaux. Les inversions de champ peuvent se produire très rapidement, parfois en une minute et des intensités de champ élevées peuvent persister pendant toute la durée de l’orage. Comme les formations orageuses, les nuages ordinaires contiennent des charges électriques et peuvent donc modifier dans une forte mesure le champ électrique au sol. De plus, le champ peut doubler comparativement à sa valeur par beau temps en présence de brouillard, de pluie ou de grandes et de petites zones ionisées d’origine naturelle. Même par temps parfait, le champ électrique fluctue au cours du cycle journalier. Ces variations diurnes sont probablement dues à des changements assez réguliers de l’ionisation locale, à des fluctuations de la température et de l’humidité et aux changements correspondants de la conductivité électrique de l’atmosphère à proximité du sol, ainsi qu’au transfert cinétique des charges sous l’effet des mouvements locaux de l’air.

Les valeurs typiques des champs électrostatiques d’origine humaine se situent entre 1 et 20 kV/m dans les bureaux et dans les logements. On trouve souvent des champs de cet ordre au voisinage d’appareils à haute tension comme les téléviseurs et les terminaux à écran de visualisation. Ils peuvent également être engendrés par frottement. Les lignes de transmission à courant continu, qui constituent un moyen économique de distribution de l’électricité sur de grandes distances, engendrent aussi des champs électriques et magnétiques.

Les champs électriques statiques sont d’une utilisation courante dans différentes branches: produits chimiques, textiles, aéronautique, papier, caoutchouc et transports.

Les effets biologiques

Les études expérimentales n’ont abouti à aucun résultat permettant de conclure que les champs électriques statiques peuvent nuire à la santé humaine. Les quelques rares études effectuées sur des animaux ne semblent pas non plus avoir confirmé la thèse de l’existence d’effets sur les gènes, sur la croissance de tumeurs ou sur les systèmes endocrinien ou cardio-vasculaire (le tableau 49.9 présente un résumé des résultats des études effectuées sur des animaux).

Tableau 49.9 Résultats d'études portant sur des animaux soumis à des champs
électriques statiques

Paramètres biologiques

Effets signalés

Conditions d’exposition

Hématologie et immunologie

Changements des fractions albumineuse et globulinique des protéines sériques chez le rat

Réactions non cohérentes

Pas de différences significatives dans les numérations globulaires, les protéines sériques ou la biochimie sanguine chez la souris

Exposition continue à des champs de 2,8 à 19,7 kV/m entre 22 et 52 jours d’âge



Exposition à 340 kV/m, 22 h/jour pour un total de 5 000 h

Système nerveux

Modifications significatives de l’électroencéphalogramme chez le rat. Toutefois, aucun indice clair de réponse cohérente

Pas de modification significative des concentrations et des taux d’utilisation de divers neurotransmetteurs dans le cerveau du rat mâle

Exposition à des champs électriques atteignant 10 kV/m



Exposition à un champ de 3 kV/m pendant des périodes atteignant 66 h

Comportement

Des études sérieuses récemment réalisées ne signalent aucun effet sur le comportement des rongeurs

Production d’un comportement d’évitement lié à la dose chez le rat mâle, sans influence des ions de l’air

Exposition à des champs atteignant 12 kV/m


Exposition à des champs électriques continus de 55 à 80 kV/m

Reproduction et développement

Pas de différences significatives dans le nombre total de descendants, ni dans le pourcentage de survivants chez la souris

Exposition à 340 kV/m, 22 h/jour, avant, pendant et après la gestation

Par ailleurs, aucune étude in vitro n’a été réalisée pour évaluer les effets de l’exposition de cellules à des champs électriques statiques.

Des calculs théoriques permettent de penser qu’un champ électrique statique induit une charge à la périphérie du corps d’une personne exposée que celle-ci peut percevoir en cas de décharge par l’intermédiaire d’un objet mis à la terre. Sous l’effet d’un potentiel assez élevé, l’air s’ionise et peut conduire un courant électrique, par exemple, entre un objet chargé et une personne en contact avec la terre. La tension de claquage dépend d’un certain nombre de facteurs, dont la forme de l’objet chargé et les conditions atmosphériques. Les valeurs typiques des champs électriques correspondants se situent entre 500 et 1 200 kV/m.

Selon des rapports provenant de quelques pays, des opérateurs de terminaux à écran de visualisation auraient souffert de troubles cutanés, mais la relation précise entre ces troubles et le travail sur ce type de matériel n’apparaît pas clairement. On a émis l’hypothèse que les champs électriques statiques pouvaient avoir causé ces troubles. Il est également possible que la charge électrostatique de l’opérateur ait joué un rôle. Toutefois, les données de recherche disponibles nous imposent de considérer comme hypothétique toute relation entre les champs électrostatiques et des troubles cutanés.

Le mesurage, la prévention et les normes d’exposition

Le mesurage de l’intensité d’un champ électrique statique peut se ramener au mesurage des tensions ou des charges électriques. On trouve dans le commerce différents voltmètres électrostatiques permettant d’effectuer, sans contact matériel, des mesurages précis de champs électrostatiques et d’autres sources à haute impédance. Certains appareils recourent à un hacheur électrostatique pour réduire la dérive et à une rétroaction négative pour améliorer la précision et réduire la sensibilité à l’écart entre la sonde et la surface. Dans certains cas, l’électrode électrostatique «regarde» la surface étudiée par une petite ouverture ménagée à la base de la sonde. Le signal alternatif haché induit sur cette sonde est proportionnel à la différence de potentiel entre la surface et la sonde. Des adaptateurs à gradient sont utilisés comme accessoires des voltmètres électrostatiques, leur permettant alors de mesurer l’intensité du champ électrostatique et de donner une lecture directe en volts par mètre d’écart entre la surface étudiée et la plaque mise à la terre de l’adaptateur.

Il n’existe pas actuellement de données fiables pouvant servir de base à la définition de limites d’exposition aux champs électriques statiques. En principe, il serait possible de déduire une limite d’exposition de la tension minimale de claquage dans l’air; toutefois, le champ qui s’exerce sur une personne placée dans un champ électrique statique varie avec l’orientation et la forme du corps, ce qu’on doit prendre en compte lorsqu’on cherche à définir une limite appropriée.

Aux Etats-Unis, la Conférence américaine des hygiénistes gouvernementaux du travail (American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)) a recommandé des valeurs limites d’exposition sous la forme de TLV (1995). Ces TLV représentent l’intensité maximale du champ électrique statique auquel pratiquement tous les travailleurs peuvent être exposés sans protection, de façon répétée, en milieu de travail, sans risque d’effets nocifs. Selon l’ACGIH, l’exposition professionnelle à des champs électriques statiques ne devrait pas dépasser 25 kV/m. Cette valeur devrait servir de guide pour contrôler l’exposition et, compte tenu de la sensibilité individuelle, ne devrait pas être considérée comme fixant une ligne de démarcation claire entre des niveaux sûrs et des niveaux dangereux (cette limite correspond à l’intensité du champ dans l’air, à l’écart de surfaces conductrices pouvant engendrer des risques notables par décharges, par étincelles et par courants de contact, et s’applique à une exposition tant partielle que totale du corps). Il faudrait prendre soin d’éliminer tous les objets non mis à la masse ou de les raccorder à une prise de terre ou encore de porter des gants isolants en les manipulant. De manière générale la prudence dicte de recourir à des équipements ou dispositifs de protection (vêtements, gants, matériaux isolants, etc.) dans tous les champs d’une intensité supérieure à 15 kV/m.

Selon l’ACGIH, les connaissances actuelles relatives aux réactions humaines et aux effets biologiques possibles des champs électriques statiques ne permettent pas de fixer des TLV fiables sous forme de moyennes pondérées dans le temps. A défaut de renseignements précis provenant du fabricant relatifs à la compatibilité électromagnétique, il est recommandé de maintenir à 1 kV/m ou moins l’exposition des patients portant des stimulateurs cardiaques ou d’autres dispositifs électroniques à usage médical.

D’après une norme DIN allemande, l’exposition professionnelle aux champs électriques statiques ne devrait pas dépasser 40 kV/m. Une limite de 60 kV/m est autorisée pendant de courtes périodes (jusqu’à 2 h par jour).

Au Royaume-Uni, le National Radiological Protection Board (NRPB, 1993) a publié en 1993 un avis au sujet des restrictions à imposer à l’exposition des personnes à des champs et à des rayonnements électromagnétiques, y compris les champs électriques et magnétiques statiques. Le document du NRPB fournit des niveaux d’investigation auxquels on doit comparer les valeurs mesurées des champs pour déterminer s’il y a ou non conformité avec les limites de base. Si le champ auquel une personne est exposée dépasse le niveau d’investigation applicable, on doit vérifier la conformité aux limites de base. Les facteurs à considérer lors d’une telle vérification comprennent, par exemple, l’efficacité du couplage entre la personne et le champ, la distribution spatiale du champ dans l’espace occupé par la personne et la durée de l’exposition.

D’après le NRPB, il n’est pas possible de recommander des limites de base destinées à éviter les effets directs de l’exposition à des champs électriques statiques. Le NRPB définit plutôt des valeurs ayant pour objet de prévenir les effets gênants d’une perception directe de la charge électrique superficielle et les effets indirects tels que les chocs électriques. Pour la plupart des individus, il n’y a pas de perception gênante de la charge électrique superficielle agissant directement sur le corps dans des champs statiques inférieurs à environ 25 kV/m, chiffre identique à celui que recommande l’ACGIH. Pour éviter les étincelles (effets indirects) qui sont une cause de stress, le NRPB recommande que les courants continus par contact soient limités à moins de 2 mA. Quant aux chocs électriques produits par des sources à faible impédance, on peut les éviter en se conformant aux consignes de sécurité électrique établies pour le matériel en cause.

Les champs magnétiques statiques

L’exposition naturelle et professionnelle

Le corps est relativement «transparent» aux champs magnétiques statiques, qui réagissent directement avec les matériaux magnétiquement anisotropes (dont les propriétés ont des valeurs différentes lorsqu’elles sont mesurées selon différents axes) et les charges en mouvement.

Le champ magnétique naturel est la somme du champ interne dû à la terre agissant comme un aimant permanent, et d’un champ externe produit dans l’environnement par des facteurs tels que l’activité solaire et les conditions atmosphériques. Le premier est dû aux courants qui circulent dans l’écorce terrestre. Son intensité varie sensiblement avec le lieu; sa valeur moyenne va de 28 A/m environ à l’équateur (ce qui correspond à une densité de flux magnétique d’environ 35 mT dans un milieu non magnétique comme l’air) à 56 A/m au-dessus des pôles géomagnétiques (près de 70 mT dans l’air).

L’intensité des champs magnétiques artificiels dépasse celle des champs naturels de plusieurs ordres de grandeur. Les sources artificielles de champs magnétiques statiques comprennent tous les dispositifs ayant des circuits à courant continu, ce qui englobe de nombreux appareils électroménagers et matériels industriels.

Dans les lignes de transport d’électricité à courant continu, les champs magnétiques statiques sont produits par les charges en mouvement (c’est-à-dire par le courant électrique) dans les conducteurs. Dans le cas d’une ligne aérienne, la densité du flux magnétique au niveau du sol est d’environ 20 mT pour une ligne à ± 500 kV. Dans le cas d’une ligne de transmission souterraine enfouie à 1,4 m de profondeur et portant un courant maximum d’environ 1 kA, la densité maximale du flux magnétique est inférieure à 10 mT au niveau du sol.

Les principales technologies utilisant des champs magnétiques statiques importants sont énumérées dans le tableau 49.10 qui indique les niveaux d’exposition correspondants.

Tableau 49.10 Principales technologies utilisant des champs magnétiques statiques
importants et niveaux d'exposition corresponants

Dispositifs et procédés

Niveaux d’exposition

Technologies énergétiques

Réacteurs à fusion thermonucléaire

Champs périphériques atteignant 50 mT dans les zones accessibles au personnel
Moins de 0,1 mT hors du site du réacteur

Systèmes magnétohydrodynamiques

Environ 10 mT à 50 m; 100 µT seulement à plus de 250 m

Systèmes de stockage d’énergie à aimants supraconducteurs

Champs périphériques atteignant 50 mT en des endroits accessibles aux opérateurs

Génératrices et lignes de transmission à supraconducteurs

Champs périphériques fixés à moins de 100 mT

Installations de recherche

Chambres à bulles

Durant les changements de pellicule, champ d’environ 0,4-0,5 T au niveau des pieds et d’environ 50 mT au niveau de la tête

Spectromètres à supraconducteurs

Près de 1 T en des endroits accessibles aux opérateurs

Accélérateurs de particules

Le personnel est rarement exposé, l’accès aux zones à rayonnement intense étant interdit, sauf pendant les périodes de maintenance

Installations de séparation isotopique

Expositions de courte durée à des champs atteignant 50 mT
D’ordinaire, l’intensité du champ est inférieure à 1 mT

Industrie

Production de l’aluminium

Intensités atteignant 100 mT en des endroits accessibles aux opérateurs

Procédés électrolytiques

Intensités moyenne et maximale atteignant respectivement 10 et 50 mT

Production d’aimants

2-5 mT aux mains des travailleurs et 300-500 µT au niveau du thorax et de la tête

Médecine

Imagerie et spectroscopie par résonance magnétique nucléaire

Sans écran, un aimant de 1 T produit environ 0,5 mT à 10 m et un aimant de 2 T le même champ à 13 m

Les effets biologiques

Les résultats d’expériences sur des animaux de laboratoire révèlent que des champs magnétiques statiques allant jusqu’à 2 T n’ont aucun effet notable sur les nombreux facteurs de développement, de comportement ou physiologiques pris en compte. Des études effectuées sur des souris n’ont pas non plus révélé d’effets nocifs sur des fœtus exposés à des champs magnétiques atteignant 1 T.

En théorie, un puissant champ magnétique pourrait freiner la circulation du sang et provoquer une hausse de la tension sanguine. A 5 T, la circulation devrait en principe baisser au maximum de quelques points en pourcentage; aucune baisse cependant n’a été observée en pratique chez des sujets soumis à 1,5 T.

Certaines études effectuées sur des sujets s’occupant de la fabrication d’aimants permanents font état de symptômes subjectifs et de perturbations fonctionnelles: irritabilité, fatigue, maux de tête, perte d’appétit, bradycardie (ralentissement du rythme cardiaque), tachycardie (accélération du rythme cardiaque), hypotension, altérations de l’électroencéphalogramme, démangeaisons, sensations de brûlure et engourdissements. Toutefois, l’absence d’analyse ou d’évaluation statistique de l’incidence des risques physiques ou chimiques dans le milieu de travail réduit sensiblement la validité de ces observations et en rend l’évaluation difficile. Quoique ces études ne soient pas concluantes, on peut en tirer une conclusion, à savoir que s’il y a effectivement des effets à long terme, ils sont très subtils, car aucun effet cumulatif important n’a été signalé. Des personnes exposées à une densité de flux magnétique de 4 T auraient éprouvé les effets sensoriels associés au mouvement dans un champ magnétique: étourdissements, nausées, goût métallique dans la bouche et sensation de «vertige magnétique» en bougeant les yeux ou la tête. Toutefois, deux enquêtes épidémiologiques portant sur l’état de santé général des travailleurs chroniquement soumis à des champs magnétiques statiques n’ont révélé aucun effet notable sur la santé. Des chercheurs ont examiné les données médicales de 320 travailleurs d’usines où il existait de grands bassins d’électrolyse servant à des procédés de séparation chimique et où l’on pouvait mesurer une induction statique moyenne de 7,6 mT, avec un maximum à 14,6 mT. Par rapport au groupe témoin de 186 travailleurs, le groupe exposé présentait de légères modifications dans la numération des globules blancs, qui restait cependant dans l’intervalle normal. Aucun des changements transitoires observés en ce qui concerne la tension ou d’autres paramètres sanguins n’a été considéré comme indiquant un effet préjudiciable notable associé à l’exposition au champ magnétique. Dans une autre étude, on a évalué la prévalence de la maladie parmi 792 travailleurs exposés à des champs magnétiques statiques en milieu de travail. Le groupe témoin comptait 792 travailleurs non exposés présentant les mêmes caractéristiques d’âge, de race et de situation socio-économique que le groupe principal. L’exposition au champ magnétique allait de 0,5 mT pendant de longues périodes à 2 T pendant plusieurs heures. On n’a pas observé de variation statistiquement significative dans la prévalence de 19 catégories de maladies entre le groupe exposé et le groupe témoin. Il n’y avait pas non plus de différence de prévalence chez un sous-groupe de 198 personnes exposées à 0,3 T ou plus pendant des périodes d’au moins une heure par rapport au reste de la population exposée, ni par rapport aux membres correspondants du groupe témoin.

Dans un rapport traitant des travailleurs de l’industrie de l’aluminium, on a fait état d’un taux élevé de décès par leucémie. Bien que l’étude épidémiologique ait semblé indiquer un risque accru de cancer pour les personnes directement employées à la production d’aluminium — dans laquelle les travailleurs sont exposés à des champs magnétiques statiques puissants —, il n’existe à l’heure actuelle aucune indication claire quant à la nature des facteurs cancérogènes rencontrés dans le milieu de travail. La réduction de l’aluminium produit différents composés (goudron, brais volatilisés, vapeurs de fluorure, oxydes de soufre et gaz carbonique), dont certains sont plus plausibles que les champs magnétiques comme agents cancérogènes.

En France, une étude concernant des travailleurs de l’aluminium a par contre montré que les décès par cancer et la mortalité générale parmi les travailleurs ne présentaient pas de différences significatives par rapport à l’ensemble de la population française de sexe masculin (Mur et coll., 1987).

Une autre étude a également abouti à des résultats négatifs. Elle portait sur des travailleurs d’une usine où des courants continus de 100 kA utilisés pour produire du chlore par électrolyse engendraient des densités de flux magnétique statique comprises entre 4 et 29 mT aux endroits où se tenaient les travailleurs. Sur une période 25 ans, les taux observés et les taux attendus de cancer parmi les sujets de l’étude ne présentaient pas de différences significatives.

Le mesurage, la prévention et les normes d’exposition

Au cours des trente dernières années, le mesurage des champs magnétiques a considérablement évolué, les progrès techniques réalisés ayant permis de mettre au point de nouvelles méthodes de mesure et d’améliorer les anciennes.

Les deux types de sondes les plus courants sont la bobine blindée et la sonde à effet Hall, qui constituent l’élément de base de la plupart des appareils de mesure du champ magnétique. Récemment, des dispositifs à semi-conducteurs, comme les transistors bipolaires et les transistors à effet de champ, ont été proposés comme capteurs de champ magnétique. Ils offrent certains avantages par rapport aux sondes à effet Hall: plus grande sensibilité, meilleure résolution spatiale et plus grande largeur de bande.

Le principe de la technique de mesurage par résonance magnétique nucléaire (RMN) consiste à déterminer la fréquence de résonance d’un spécimen dans le champ magnétique à mesurer. Il s’agit d’une mesure absolue qui peut être effectuée avec une très grande précision. L’intervalle de mesure va d’environ 10 mT à 10 T, sans limites définies. Dans les mesures de champ basées sur la méthode de la résonance magnétique protonique, on peut facilement obtenir une précision de l’ordre de 10–4 à l’aide d’un appareil simple et atteindre une précision de 10–6 en prenant beaucoup de précautions et en utilisant un équipement perfectionné. La faiblesse inhérente de la RMN réside dans le fait qu’elle est limitée aux champs à faible gradient et qu’elle ne donne aucune information sur la direction du champ.

Récemment, plusieurs dosimètres individuels permettant de surveiller l’exposition à des champs magnétiques statiques ont été mis au point.

Les mesures de protection applicables à l’utilisation industrielle et scientifique des champs magnétiques peuvent être des dispositions s’appliquant à la conception du matériel, des mesures imposant une distance d’éloignement et des mesures organisationnelles de prévention. Une autre catégorie de mesures de prévention d’ordre général, le port d’un équipement de protection individuelle (par exemple, vêtements et casques spéciaux), ne s’applique pas dans le cas des champs magnétiques. La protection contre les risques liés à l’incompatibilité électromagnétique en ce qui concerne le matériel électronique médical ou d’urgence et les implants chirurgicaux et dentaires devrait encore faire l’objet de recherches. Les forces mécaniques qui s’exercent sur des implants et des objets libres ferromagnétiques (contenant du fer) dans les installations où règnent des champs magnétiques intenses imposent de prendre des précautions pour se prémunir contre les risques pour la sécurité et la santé.

Les techniques destinées à minimiser l’exposition à des champs magnétiques intenses au voisinage des grandes installations industrielles et de recherche relèvent de quatre catégories:

  1. distance et temps;
  2. blindage magnétique;
  3. interférences électromagnétiques et compatibilité;
  4. mesures administratives.

La mesure la plus courante pour limiter l’exposition du personnel à proximité des installations mettant en œuvre des aimants importants consiste à mettre en place des zones à accès contrôlé et des signaux de mise en garde. Les mesures organisationnelles de ce genre sont généralement préférables à la solution du blindage magnétique, qui peut être extrêmement coûteuse. Cependant, les objets libres constitués de matériaux ferromagnétiques et paramagnétiques (faits de tout matériau pouvant s’aimanter) peuvent se transformer en dangereux projectiles s’ils sont soumis à d’intenses gradients de champ magnétique. On ne peut prévenir ce risque qu’en éliminant de la zone les objets métalliques non fixés, y compris ceux portés par le personnel qui s’y trouve. Les objets tels que ciseaux, limes à ongles, tournevis et scalpels devraient être interdits dans le voisinage immédiat.

Les premières recommandations relatives aux champs magnétiques statiques ont été élaborées sous forme de guide non officiel dans l’ex-Union soviétique. Fondées sur des recherches cliniques, ces recommandations proposaient de limiter l’intensité du champ magnétique statique en milieu de travail à 8 kA/m (10 mT).

Aux Etats-Unis, l’ACGIH a publié des valeurs limites d’exposition (TLV) aux champs magnétiques statiques que la plupart des travailleurs pouvaient supporter de façon répétée, jour après jour, sans effets nocifs pour leur santé. Comme dans le cas des champs électriques, ces valeurs devaient servir de guide pour le contrôle de l’exposition aux champs magnétiques statiques, mais ne devaient pas être considérées comme établissant une ligne de démarcation nette entre les niveaux non dangereux et les niveaux dangereux. D’après l’ACGIH, l’exposition professionnelle courante ne devrait pas dépasser 60 mT, comme moyenne sur tout le corps, ou 600 mT aux extrémités, sur une base quotidienne pondérée dans le temps. Une densité de flux de 2 T est à considérer comme valeur plafond. Il ne faut pas perdre de vue non plus que les forces mécaniques exercées sur les outils et les implants médicaux en matières ferromagnétiques constituent un risque pour la sécurité.

En 1994, la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP)) (1994) a publié des lignes directrices établissant une distinction entre les limites d’exposition des travailleurs et du public aux champs magnétiques statiques. Les limites recommandées sont résumées dans le tableau 49.11. Aux densités de flux magnétique dépassant 3 mT, des précautions sont recommandées contre le danger de projection d’objets métalliques sous l’effet du champ magnétique. Une intensité de 1 mT, par contre, peut perturber le fonctionnement des montres analogiques, des cartes de crédit, des bandes magnétiques et des disques informatiques, mais ne constitue pas un risque pour l’individu.

Tableau 49.11 Limites d’exposition aux champs magnétiques statiques recommandées par
la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP)

Type d’exposition

Densité de flux magnétique

Professionnelle

Journée de travail complète (moyenne pondérée)

200 mT

Limite maximale

2 T

Bras et jambes

5 T

Grand public

Exposition continue

40 mT

On peut autoriser l’accès occasionnel du public à des installations spéciales où les densités de flux magnétique dépassent 40 mT, dans des conditions strictement contrôlées, pour autant que la limite d’exposition professionnelle applicable ne soit pas dépassée.

Les limites d’exposition de l’ICNIRP ont été fixées en fonction d’un champ homogène. Dans le cas des champs non homogènes (c’est-à-dire présentant des variations internes), la densité moyenne de flux magnétique doit être mesurée sur une surface de 100 cm2.

D’après un document du NRPB, l’imposition de restrictions sur l’exposition aiguë à des champs de moins de 2 T permettrait d’éviter des réactions sensibles telles que les vertiges ou nausées et les effets négatifs sur la santé résultant de l’arythmie cardiaque ou d’un affaiblissement des facultés intellectuelles. Malgré le manque relatif de résultats concluants provenant d’études de populations exposées quant aux effets possibles à long terme des champs intenses, le NRPB considère qu’il est préférable de limiter à moins de 200 mT (soit un dixième de la limite destinée à prévenir les réactions aiguës) l’exposition à long terme pondérée sur une période de 24 heures. Ces valeurs sont très semblables à celles que recommande l’ICNIRP, mais légèrement supérieures aux TLV de l’ACGIH.

Les personnes ayant des stimulateurs cardiaques, d’autres implants avec circuit électronique ou des implants de matériaux ferromagnétiques pourraient ne pas être correctement protégées par les limites mentionnées ici. La majorité des stimulateurs cardiaques, cependant, ne devraient pas être sensibles à des champs d’une intensité inférieure à 0,5 mT. Les personnes portant certains implants ferromagnétiques ou dispositifs à circuit électronique (autres que des stimulateurs cardiaques) pourraient être affectées par des champs dépassant quelques mT.

Il existe d’autres recommandations sur les limites d’exposition professionnelle. Trois d’entre elles sont en vigueur dans des laboratoires de physique des hautes énergies: Centre de l’accélérateur linéaire de Stanford (Stanford Linear Accelerator Center), Laboratoire national Lawrence Livermore, Californie (Lauwrence Livermore National Laboratory, California) et le Laboratoire européen pour la physique des particules de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), Genève, à quoi il faut ajouter les recommandations provisoires appliquées par le ministère américain de l’Energie (Department of Energy (DOE)).

En Allemagne, d’après une norme DIN, l’exposition professionnelle à des champs magnétiques statiques ne devrait pas dépasser 60 kA/m (environ 75 mT). Si seules les extrémités sont exposées, cette limite est fixée à 600 kA/m, et des intensités de champ atteignant 150 kA/m sont autorisées pour de courtes périodes d’exposition du corps entier (jusqu’à 5 min/h).

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