Chapitre 81 - La fabrication d'appareils et de matériel électriques

GÉNÉRALITÉS

N. Alan Smith

Vue d’ensemble du secteur

Il existe une grande diversité d’équipements et d’appareils électriques. Comme il serait trop long de mentionner chacun d’eux, le présent chapitre se limite à certaines catégories de produits: accumulateurs, piles sèches, conducteurs (fils et câbles), lampes électriques (ampoules et tubes) et appareils électroménagers. Il décrit les opérations qu’implique leur fabrication et les risques auxquels peuvent être exposées les personnes qui y sont employées. Il concerne uniquement le matériel électrique; le matériel et les composants électroniques sont traités au chapitre n^o 83, «L’industrie de la microélectronique et des semi-conducteurs».

L’évolution technologique

La découverte de l’induction électromagnétique a été un facteur clé du développement du vaste secteur de l’industrie électrique moderne, tandis que celle des phénomènes électrochimiques a permis la mise au point des batteries en tant que moyen d’alimenter des équipements électriques avec des sources portatives de courant continu. A mesure que des appareils alimentés par le réseau étaient inventés, un système de transport et de distribution de l’électricité est devenu nécessaire, ce qui a conduit à l’invention des conducteurs électriques souples (fils et câbles).

Les premières formes d’éclairage artificiel (au gaz ou à l’arc avec électrodes de charbon) ont été remplacées par la lampe à incandescence (à l’origine avec un filament de carbone), présentée pour la première fois par Joseph Swan en Angleterre en janvier 1879. La lampe à incandescence devait bénéficier d’un monopole sans précédent dans les applications domestiques, commerciales et industrielles au cours de la période qui précéda le début de la seconde guerre mondiale et l’invention de la lampe fluorescente. D’autres formes de lampes à décharge, reposant toutes sur le passage d’un courant électrique à travers un gaz ou une vapeur, ont été mises au point par la suite et ont trouvé différentes utilisations dans le commerce et l’industrie.

De nouveaux appareils électriques ne cessent d’apparaître sur le marché dans de nombreux domaines (audiovisuel, chauffage, cuisson, réfrigération), et leur diversité va croissant. Citons, à titre d’exemple, la télévision par satellite et le four à micro-ondes.

Bien que la disponibilité et l’accessibilité des matières premières aient eu une incidence importante sur le développement de l’industrie considérée, le lieu d’implantation des fabriques n’a pas nécessairement été déterminé par la proximité des sources de matières premières. Celles-ci sont souvent transformées par d’autres secteurs industriels avant d’entrer dans la fabrication de matériels électriques.

Les caractéristiques de la main-d’œuvre

La qualification et le savoir-faire des travailleurs ont considérablement évolué depuis les débuts de l’industrie électrique. Les équipements utilisés dans la production de batteries, de câbles, de lampes et d’appareils électroménagers sont aujourd’hui fortement automatisés.

Les travailleurs de cette industrie ont souvent besoin d’une formation spécialisée. Le travail en équipe joue un rôle important, compte tenu du fait que de nombreux processus nécessitent des chaînes de fabrication où le travail d’un individu dépend de celui des autres.

Un nombre croissant de procédés de fabrication mis en œuvre dans la production de matériel électrique sont informatisés. Il est donc nécessaire que le personnel possède des connaissances suffisantes en informatique; cela ne présente normalement pas de difficultés pour les jeunes, mais les personnes plus âgées devront suivre le plus souvent des cours de recyclage.

L’importance économique de l’industrie

Certains pays profitent davantage que d’autres des activités de l’industrie considérée; ce sont ceux d’où proviennent les matières premières mises en œuvre et ceux, de plus en plus nombreux, où les composants et les produits finis sont fabriqués ou assemblés.

Les matières premières n’étant pas inépuisables, le matériel mis au rebut devrait être recyclé chaque fois que la chose est possible. Il existe toutefois des cas où les coûts de la récupération des pièces recyclables peuvent finalement s’avérer prohibitifs.

LA FABRICATION DES ACCUMULATEURS AU PLOMB

Barry P. Kelley

Le premier modèle utilisable de batterie d’accumulateurs au plomb a été mis au point par Gaston Planté en 1860 et la production n’a cessé d’augmenter depuis cette date. Les batteries d’automobiles représentent la principale application de la technologie au plomb, les batteries industrielles (alimentations de secours et traction) venant au second rang. Plus de la moitié de la production mondiale de plomb est destinée à la fabrication d’accumulateurs.

Le faible coût et la facilité de fabrication des batteries au plomb et à l’acide, par rapport à d’autres couples électrochimiques, devraient contribuer à maintenir une demande élevée.

Un accumulateur au plomb comporte une électrode positive en dioxyde de plomb (PbO₂) et une grande électrode négative en plomb spongieux (Pb). L’électrolyte est une solution d’acide sulfurique dont la masse volumique est comprise entre 1,21 et 1,30 (28 à 39% en poids). Lors de la décharge, les deux électrodes se transforment en sulfate de plomb:

Le procédé de fabrication

Ce procédé, illustré à la figure 81.1, comprend les opérations ci-après:

LES PILES

N. Alan Smith

Une pile (appelée aussi communément batterie) désigne un ensemble d’éléments individuels produisant de l’électricité par voie de réaction chimique. Ces éléments sont classés en éléments primaires et en éléments secondaires. Dans les premiers, la réaction chimique produisant le courant d’électrons est irréversible; il est donc difficile de recharger les éléments. Les éléments secondaires, par contre, sont chargés avant utilisation en y faisant circuler un courant électrique; ils offrent l’avantage de pouvoir être rechargés et déchargés de nombreuses fois.

La batterie primaire classique est la pile sèche Leclanché, ainsi appelée parce que l’électrolyte est une pâte et non un liquide. Un exemple type d’élément Leclanché est fourni par les piles rondes ou plates qui équipent les lampes de poche, les radios portatives, les calculettes, les jouets électriques et bien d’autres articles similaires. Depuis quelques années, les piles alcalines, comme les piles au zinc-dioxyde de manganèse, tendent à se répandre pour ce type d’utilisation. Les piles miniatures, dites «piles boutons», sont employées dans les prothèses auditives, les ordinateurs, les montres, les appareils photographiques et autres matériels électroniques. Il s’agit notamment des piles à l’oxyde d’argent-zinc, au mercure, au zinc-air ou au lithium-dioxyde de manganèse. Une vue en coupe d’une pile miniature alcaline type est représentée à la figure 81.2.

Le tableau 81.1 donne la composition de certaines piles courantes.

Les piles sèches Leclanché sont fabriquées selon le schéma de la figure 81.3. Le mélange formant l’électrode positive, ou cathode, comprend 60 à 70% de dioxyde de manganèse, le reste étant composé de graphite, de noir d’acétylène, de sels d’ammonium, de chlorure de zinc et d’eau. Le dioxyde de manganèse, le graphite et le noir d’acétylène secs et finement broyés sont pesés et introduits dans un broyeur-malaxeur. On ajoute un électrolyte composé d’eau, de chlorure de zinc et de chlorure d’ammonium, et le mélange préparé est introduit à la main dans une presse de pastillage ou d’agglomération. Dans certains cas, le mélange est séché au four, tamisé et réhumidifié avant pressage. Les pastilles sont contrôlées et on les laisse durcir pendant quelques jours avant de les envelopper au moyen de machines alimentées à la main. Ces pastilles agglomérées sont ensuite déposées sur des plateaux et plongées dans l’électrolyte; elles sont alors prêtes pour l’assemblage.

Figure 81.3 Schéma de fabrication des piles Leclanché

L’anode est constituée d’un boîtier de zinc, fabriqué à partir de flans de zinc sur une presse à chaud, ou fait de tôles de zinc pliées et soudées au boîtier. Une pâte organique gélatineuse composée d’amidons de maïs et de blé imprégnés d’électrolyte est mélangée dans de grands bacs. Les ingrédients en sacs sont généralement déversés sans pesage. Le mélange est ensuite purifié avec de la limaille de zinc et du dioxyde de manganèse. On ajoute à l’électrolyte du chlorure mercurique qui forme alors un amalgame gélifié au contact de l’intérieur du boîtier de zinc. C’est cette pâte qui constituera le milieu conducteur, ou électrolyte.

Lors de l’assemblage des éléments, la quantité voulue de pâte gélifiée est dosée et versée automatiquement dans les boîtiers de zinc pour y former un revêtement intérieur. Dans certains cas, les boîtiers reçoivent une finition chromatée, que l’on réalise en les remplissant d’un mélange d’acides chromique et chlorhydrique, et que l’on évacue ensuite avant d’ajouter la pâte gélifiée. La cathode agglomérée est ensuite mise en place au centre du boîtier. Une tige de charbon placée au centre de la cathode fait office de collecteur de courant.

L’élément de zinc est alors scellé à la cire ou à la paraffine fondues, puis chauffé à la flamme pour renforcer l’étanchéité. Les éléments sont ensuite soudés entre eux s’il y en a plusieurs. La réaction au sein d’une pile est la suivante.

2 MnO₂ + 2 NH₄Cl + Zn 2 MnOOH + Zn (NH₃)₂ Cl₂

Les travailleurs peuvent être exposés au dioxyde de manganèse au cours du pesage, du chargement des malaxeurs, du broyage, du nettoyage des fours, du tamisage, ainsi que du pressage et de l’enveloppement manuels selon le degré d’automatisation, de confinement et de ventilation par aspiration. Le pressage et l’enveloppement humide manuels peuvent occasionner une exposition au mélange humide, dont les dépôts donnent en séchant des poussières susceptibles d’être inhalées. Le contact de la peau avec l’électrolyte légèrement corrosif peut provoquer des dermites. Des mesures d’hygiène individuelle, le port de gants et d’un appareil de protection respiratoire lors de la maintenance, des douches et des armoires séparées pour les vêtements de travail et de ville permettent de réduire les risques. Le fonctionnement des presses de pastillage et d’enveloppement peut présenter également des risques dus à l’exposition au bruit.

La pâte gélatineuse est malaxée automatiquement; le seul risque d’exposition est lié aux opérations d’apport d’ingrédients. Lorsqu’on ajoute du chlorure mercurique à la pâte, il y a un risque d’inhalation et d’absorption par la peau, d’où possibilité d’intoxication par le mercure. Il est donc nécessaire de prévoir une aspiration localisée ou un équipement de protection individuelle.

Des expositions aux acides chromique et chlorhydrique répandus lors des opérations de chromatage ainsi qu’aux fumées dégagées par le soudage ou par le chauffage du produit d’étanchéité sont aussi possibles. La mécanisation du processus de chromatage, le port de gants et une ventilation avec aspiration localisée pour le thermoscellage et le soudage sont des précautions utiles.

Les accumulateurs au nickel-cadmium

La méthode actuelle la plus courante pour la fabrication des électrodes en nickel-cadmium consiste à déposer directement le matériau actif de l’électrode sur un substrat de nickel fritté poreux appelé plaque (voir figure 81.4.). On prépare les plaques par pressage d’une poudre de nickel frittable (souvent obtenue par décomposition de nickel carbonyle) dans une grille alvéolée constituée d’une tôle d’acier nickelé perforée (ou d’une toile métallique faite de nickel ou d’acier nickelé), suivi d’un frittage ou d’un séchage au four. Ces plaques peuvent alors être découpées, pesées et estampées (comprimées) pour des applications particulières, ou enroulées en spirale pour les piles à usage domestique.

LA FABRICATION DES CÂBLES ÉLECTRIQUES

David A. O’Malley

Les câbles (nus ou isolés) sont fabriqués dans des calibres très divers pour répondre à de multiples utilisations, depuis les câbles à très haute tension qui transportent l’électricité à des tensions dépassant 100 kilovolts jusqu’aux câbles de télécommunications. Ceux-ci, qui utilisaient autrefois des conducteurs de cuivre, ont été remplacés par des câbles à fibres optiques capables de transporter beaucoup plus d’informations sous des calibres sensiblement réduits. Entre ces deux extrêmes figurent les câbles et les fils d’usage général destinés aux circuits domestiques, d’autres câbles souples et les câbles de transport de courant forts (câbles de puissance) sous des tensions intermédiaires. Il existe en outre des câbles spéciaux comme les câbles à isolant minéral (employés là où leur résistance au feu est cruciale, comme dans les usines, les hôtels ou les navires), les fils émaillés (utilisés dans le bobinage des moteurs électriques), les fils rosettes (servant dans les cordons spiraux des combinés téléphoniques), les câbles électriques pour cuisinières (isolés autrefois avec de l’amiante maintenant remplacé par d’autres matériaux), etc.

Les matériaux et les procédés de fabrication

Les conducteurs

Le cuivre a été de tout temps le matériau le plus couramment employé pour les conducteurs des câbles en raison de sa remarquable conductivité électrique. Il est nécessaire pour cela de l’affiner pour lui conférer un niveau élevé de pureté. L’affinage du cuivre à partir de minerai de cuivre ou de métal de récupération est un processus en deux étapes:

1. L’affinage par fusion dans de grands fours pour éliminer les impuretés indésirables et couler une anode de cuivre.
2. L’affinage électrolytique dans un bain contenant de l’acide sulfurique pour fixer sur la cathode un dépôt de cuivre très pur.

Dans les usines modernes, le cuivre est fondu dans un four à cuve à coulée continue, puis laminé en barres. Ces barres chauffées au rouge sont tréfilées à la section voulue par passage dans une série de filières de précision. Le tréfilage s’effectuait autrefois dans un site central unique regroupant de nombreuses machines produisant différents calibres de fils. Les usines récentes, moins importantes et autonomes, ont leurs propres installations de tréfilage de plus petite capacité. Pour certaines applications spéciales, le conducteur de cuivre reçoit un placage métallique, par exemple à l’étain, à l’argent ou au zinc.

On utilise aujourd’hui des conducteurs d’aluminium pour les lignes aériennes, car le gain de poids ainsi obtenu compense largement la perte de conductivité par rapport au cuivre. Ils sont fabriqués par extrusion à la presse, à travers une filière, d’une billette d’aluminium chauffée.

Pour certaines applications particulières, on emploie des conducteurs métalliques faits d’alliages spéciaux. Ainsi les caténaires ferroviaires et les cordons spiraux des combinés téléphoniques sont constitués d’un alliage cadmium-cuivre. Le cadmium confère à ses câbles une résistance à la traction supérieure à celle du cuivre pur, ce qui réduit la flèche des fils entre les potences. Pour d’autres applications, on utilise également des alliages béryllium-cuivre.

Les fibres optiques, constituées d’un filament continu de verre de haute qualité optique et destinées à la transmission des télécommunications, ont été mises au point au début des années quatre-vingt. Leur fabrication fait appel à une technologie entièrement nouvelle; on calcine dans un four rotatif du tétrachlorure de silicium afin de déposer du dioxyde de silicium sur une ébauche. Le dioxyde de silicium est transformé en verre par un chauffage sous atmosphère de chlore; il est ensuite étiré au calibre désiré et revêtu d’une gaine protectrice.

L’isolation

De nombreux matériaux sont employés pour constituer l’isolation des différents types de câbles. Les plus courants sont les matières plastiques comme le poly(chlorure de vinyle), le polyéthylène, le polytétrafluoroéthylène et les polyamides. Dans chaque cas, la matière plastique, de composition choisie pour répondre à des caractéristiques techniques déterminées, est appliquée à l’extérieur du conducteur à l’aide d’une extrudeuse. Pour des applications particulières, on peut ajouter d’autres substances au mélange. Pour certains câbles de puissance, par exemple, on adjoint un composé de la famille des silanes comme agent de réticulation. Si le câble est destiné à être enfoui, on ajoute un pesticide pour empêcher les termites d’attaquer l’isolant.

Certains câbles souples, notamment ceux des chantiers souterrains, sont revêtus d’un isolant de caoutchouc. Des centaines de produits de caoutchouc sont nécessaires pour répondre aux différentes spécifications; une câblerie doit donc disposer d’installations spéciales de transformation du caoutchouc. Celui-ci est appliqué au conducteur par extrusion, puis vulcanisé par passage dans un bain de nitrite chaud ou en autoclave. Pour éviter que des conducteurs isolés au caoutchouc ne collent les uns aux autres, on les fait passer dans du talc pulvérulent.

Les conducteurs placés à l’intérieur d’un câble isolé peuvent être entourés d’un isolant constitué de papier imprégné d’une huile minérale ou synthétique ou de mica. On leur applique ensuite une gaine extérieure, en général par extrusion de matière plastique.

Il existe deux méthodes de fabrication des câbles à isolant minéral. Dans la première, on introduit dans un tube de cuivre un certain nombre de conducteurs en cuivre massif; l’espace qui les sépare est rempli d’une poudre d’oxyde de magnésium. L’ensemble est ensuite étiré au calibre voulu dans une série de filières. L’autre technique consiste à souder en continu une spirale de cuivre autour de conducteurs séparés par de la poudre. Lorsque ces câbles sont en service, la gaine extérieure de cuivre constitue la liaison à la terre et le courant est transporté par les conducteurs internes. Bien qu’aucun revêtement extérieur ne soit nécessaire, certains clients demandent une gaine en poly(chlorure de vinyle) pour des raisons esthétiques, ce qui est illogique, car on supprime alors dans une certaine mesure le principal avantage des câbles à isolant minéral, à savoir leur incombustibilité.

Le comportement des câbles au feu a reçu une attention accrue au cours des dernières années, et cela pour deux raisons:

1. La plupart des caoutchoucs et des matières plastiques traditionnellement employés comme isolants dégagent en brûlant d’importantes quantités de fumées et de gaz toxiques qui ont été la principale cause d’accidents mortels lors de certains incendies de grande ampleur.
2. Lorsque l’isolation a entièrement brûlé, les conducteurs entrent en contact, provoquant un court-circuit et l’interruption de l’alimentation électrique. Pour y remédier, on a mis au point des composés à faibles émissions de fumée et à combustibilité réduite, tant pour les matières plastiques que pour les produits de caoutchouc. Les câbles à isolant minéral n’en restent pas moins ceux qui ont le meilleur comportement au feu.

Des matériaux spéciaux sont utilisés pour certains câbles. Les câbles haute tension sont remplis d’huile, qui fait à la fois office d’isolant et de fluide de refroidissement. Certains câbles contiennent une graisse à base d’hydrocarbures ou de pétrolatum, d’autres possèdent une gaine de plomb. Les fils émaillés s’obtiennent par enduction avec un émail polyuréthane dissous dans du crésol.

La fabrication des câbles

Dans de nombreux câbles, les fils isolés sont réunis en torons selon une configuration particulière. Les fils sont disposés en couronne sur des dévidoirs. Cette opération s’appelle le toronnage. Les torons sont ensuite réunis sur une tresseuse pour former des câbles de section plus forte.

Certains câbles doivent être protégés contre les dommages mécaniques. Cette protection est souvent assurée par une tresse, matériau tissé autour de l’isolant extérieur d’un câble souple. Un câble de ce type (au Royaume-Uni, du moins) équipe les fers à repasser électriques, dont la tresse est constituée d’une fibre textile. Dans d’autres cas, la tresse est en fil d’acier; on l’appelle alors armure.

Les opérations annexes

Les câbles de plus gros diamètres sont livrés sur des tourets pouvant atteindre plusieurs mètres de diamètre. Ces tourets sont ordinairement en bois, parfois en acier. Les tourets de bois sont fabriqués à partir de planches clouées et traitées avec un produit contenant du cuivre, du chrome et de l’arsenic pour les rendre imputrescibles. Les fils et câbles de faibles diamètres sont généralement livrés sur des bobines en carton.

Il est parfois nécessaire de raccorder les extrémités de deux câbles dans des zones reculées. La jonction doit non seulement assurer une bonne continuité électrique, mais aussi résister aux sollicitations extérieures. Les produits employés pour réaliser les jonctions sont généralement des résines acryliques contenant à la fois des isocyanates et de la poudre de silice.

Les connecteurs de câbles sont fabriqués d’habitude en laiton sur des tours automatiques, à partir de métal en barres. Les machines sont refroidies et lubrifiées par une émulsion d’huile et d’eau. Les colliers serre-câbles en plastique sont fabriqués sur des machines de moulage par injection.

Les risques et leur prévention

Le risque pour la santé le plus fréquemment rencontré dans l’industrie de fabrication des câbles est le bruit. Les opérations les plus bruyantes sont:

• le tréfilage;
• le tressage;
• l’affinage thermique du cuivre;
• la coulée en continu des barres de cuivre;
• la fabrication des tourets de câbles.

Des niveaux de bruit dépassant 90 dBA sont courants dans ces opérations. Dans le tréfilage et le tressage, le niveau sonore dépend du nombre de machines, de leur emplacement et de l’environnement acoustique. L’implantation des machines devrait être choisie de manière à réduire le plus possible l’exposition au bruit. Des enceintes insonorisantes bien conçues sont le moyen le plus efficace de contrôler le bruit, mais elles sont onéreuses. Pour l’affinage thermique du cuivre et la coulée en continu des barres de cuivre, les principales sources de bruit sont les brûleurs, qui devraient être des modèles à faible niveau de bruit. Dans la fabrication des tourets de câbles, les cloueuses pneumatiques représentent la principale source de bruit; celui-ci peut être réduit par une diminution de la pression de service et l’installation de silencieux. Dans la plupart des cas ci-dessus, la pratique adoptée consiste à distribuer des protections de l’ouïe au personnel exposé à des nuisances sonores; toutefois, la chaleur produite par l’affinage du cuivre et la coulée en continu des barres de cuivre rendent ces protections particulièrement inconfortables. Des tests audiométriques devraient être effectués périodiquement pour tous les travailleurs exposés.

Les risques et les mesures de prévention correspondantes sont, pour une large part, les mêmes que dans beaucoup d’autres industries de transformation. Toutefois, certaines machines de fabrication des câbles présentent des risques particuliers, dans la mesure où elles comportent un grand nombre de bobines de fils ou de torons tournant simultanément autour de deux axes. Il est indispensable de mettre en place des protecteurs à verrouillage empêchant la machine de fonctionner lorsqu’ils ne sont pas en place. Pendant l’opération initiale de chargement du fil sur la machine, qui peut obliger l’opérateur à accéder à l’intérieur de la zone de protection, la machine ne devrait pouvoir avancer que de quelques centimètres à la fois. Le verrouillage peut être réalisé par un système à clé unique qui devra être utilisée aussi bien pour ouvrir le carter de protection que pour mettre la machine en marche au pupitre de commande.

On devrait procéder à une évaluation des risques particuliers que présentent les extrémités des fils et des câbles en cas de rupture (fouettement) et installer des dispositifs d’arrêt automatique et des protecteurs. Lorsque ce n’est pas faisable, des protecteurs oculaires adaptés devraient être distribués et portés. Les ateliers de tréfilage sont souvent classés comme zones où une protection oculaire est obligatoire.

La fabrication des conducteurs

Dans tout processus métallurgique à chaud, comme l’affinage thermique du cuivre ou la coulée de barres de cuivre, il est nécessaire d’éviter tout contact du métal en fusion avec de l’eau, en raison des risques d’explosion. Le chargement des fours peut provoquer des dégagements de fumées d’oxydes métalliques. Pour les éviter, on devrait installer un système efficace de ventilation avec aspiration localisée au-dessus de la trappe de chargement. De même, les chenaux de passage du métal fondu entre le four et la machine de coulée, ainsi que cette machine elle-même, devraient être munis de systèmes antifumées.

Dans l’affinage électrolytique, le risque principal provient du brouillard d’acide sulfurique qui se dégage des bacs. Pour éviter les irritations, les concentrations dans l’air devraient être maintenues à moins de 1 mg/m³ grâce à une ventilation adéquate.

Au stade de la coulée des barres de cuivre, les matériaux isolants des enveloppes servant à contenir la chaleur autour du tambour de coulée peuvent présenter un risque supplémentaire. Certes, les céramiques ont remplacé l’amiante dans ce type d’application, mais les fibres de céramique appellent, elles aussi, certaines précautions si l’on veut éviter les expositions dangereuses. Lorsqu’elles ont été exposées à la chaleur, elles deviennent plus friables et il existe un risque d’exposition aux fibres en suspension dans l’air lors de leur manipulation.

La fabrication des câbles électriques en aluminium comporte un risque inhabituel. Une suspension de graphite dans une huile lourde est appliquée au coulisseau de la presse à extruder pour empêcher les billettes d’aluminium d’y adhérer. Le coulisseau étant porté à une température élevée, une partie de cette suspension brûle et dégage une fumée qui monte vers la partie haute des ateliers. Pour autant qu’aucun conducteur de pont roulant ne se trouve à proximité et que les toits soient équipés de ventilateurs, ces fumées ne devraient pas présenter de risques pour la santé.

La fabrication des alliages cadmium-cuivre et béryllium-cuivre peut comporter des risques importants pour les travailleurs con-cernés. Etant donné que le cadmium entre en ébullition bien au-dessous du point de fusion du cuivre, des fumées d’oxyde de cadmium se dégagent en grandes quantités chaque fois que l’on ajoute du cadmium au cuivre en fusion (opération nécessaire pour obtenir l’alliage). Pour que l’opération se déroule sans danger, il est indispensable de mettre en place une aspiration localisée soigneusement étudiée. De même, la fabrication des alliages béryllium-cuivre impose des précautions minutieuses, le béryllium étant le plus nocif de tous les métaux toxiques et celui pour lequel les limites d’exposition sont les plus sévères.

La fabrication des fibres optiques est une opération spécialisée de haute technologie. Les produits chimiques employés présentent des risques qui leur sont propres et la protection des lieux de travail exige des systèmes complexes de ventilation générale et d’aspiration localisée. Ces systèmes devraient être contrôlés par des registres surveillés par ordinateur. Les principaux risques chimiques sont liés au chlore, au chlorure d’hydrogène et à l’ozone. En outre, les solvants utilisés pour nettoyer les filières devraient être traités dans des chapelles fermées à extraction de fumées. Il faut éviter tout contact de la peau avec les résines à base d’acrylate servant à enduire les fibres.

La fabrication des isolants

Les opérations de malaxage des matières plastiques et des caoutchoucs présentent des risques particuliers qui doivent faire l’objet de mesures de protection appropriées (voir chapitre n^o 80, «L’industrie du caoutchouc»). L’industrie de fabrication des câbles utilise parfois des mélanges différents de ceux d’autres industries, mais les mesures de prévention technique sont les mêmes.

Lorsqu’ils sont chauffés, les plastiques dégagent un mélange complexe de produits de dégradation thermique dont la composition dépend de la nature du produit d’origine et de la température à laquelle il est soumis. A la température normale de fonctionnement des presses à extruder les matières plastiques, les polluants en suspension dans l’air ne constituent en général qu’un problème relativement mineur; il est néanmoins prudent d’installer une ventilation au-dessus de l’intervalle qui sépare la tête de la presse et le bac d’eau où le produit est refroidi, principalement pour limiter l’exposition aux phtalates couramment utilisés comme plastifiants dans le poly(chlorure de vinyle). L’une des opérations qui mériterait sans doute d’être étudiée plus à fond est celle du changement de produit. L’opérateur doit se tenir au-dessus de la tête d’extrusion pour enlever l’ancien produit encore chaud, puis faire passer le nouveau produit jusqu’à ce que la nouvelle couleur apparaisse seule et que le câble soit correctement centré dans la tête d’extrusion. Il peut s’avérer difficile de concevoir une aspiration localisée qui reste efficace pendant cette phase.

Le polytétrafluoroéthylène présente un risque spécifique. Il peut causer la fièvre des polymères, dont les symptômes s’apparentent à ceux de la grippe. Cette affection n’est que temporaire, mais l’on devrait néanmoins veiller à limiter les expositions au produit chauffé.

L’emploi du caoutchouc dans la fabrication des câbles présente des risques moindres que les autres applications de ce matériau, dans l’industrie des pneumatiques par exemple. Dans les deux cas, l’utilisation d’un antioxydant, le Nonox S, contenant de la β-naphtylamine jusqu’à son retrait en 1949 a provoqué des cas de cancer de la vessie, après une période de latence pouvant atteindre trente ans chez les personnes exposées; aucun cas par contre n’a été observé chez celles employées à partir de la date du retrait. L’industrie des câbles électriques n’a pas connu l’augmentation de la fréquence d’autres cancers, en particulier ceux du poumon et de l’estomac, constatée dans l’industrie des pneumatiques. Cela est presque certainement dû au fait que, dans l’industrie de la câblerie, les machines d’extrusion et de vulcanisation sont encoffrées et que l’exposition du personnel aux fumées et aux poussières de caoutchouc était généralement bien moindre que dans l’industrie des pneumatiques. Dans les fabriques de câbles à isolant caoutchouc, l’exposition au talc constitue un risque potentiel; il faut employer uniquement un talc non fibreux (c’est-à-dire ne contenant pas de trémolite fibreuse) et appliquer celui-ci dans une enceinte fermée équipée d’une aspiration localisée.

De nombreux câbles portent un marquage d’identification. Lorsqu’on utilise des imprimantes modernes à jet d’encre, les risques pour la santé sont pratiquement négligeables, en raison des très faibles quantités de solvants mises en œuvre. En revanche, d’autres techniques d’impression peuvent causer des expositions massives aux solvants, que ce soit lors des opérations normales de production ou, plus souvent, lors des nettoyages. Des systèmes d’extraction appropriés devraient donc être installés pour réduire ces risques.

Les principaux risques présentés par la fabrication des câbles à isolant minéral sont l’exposition aux poussières, au bruit et aux vibrations. Les techniques classiques utilisées pour prévenir les deux premiers risques sont décrites dans d’autres parties du présent ouvrage. L’exposition aux vibrations se produisait autrefois au cours de l’opération de rétreinte, qui consiste à introduire manuellement le tube assemblé dans une machine équipée de marteaux rotatifs et à soumettre l’extrémité du tube à un martelage pour former un point servant de prise pour la machine de tréfilage. Ce type de machine à rétreindre a été remplacé par des modèles pneumatiques, ce qui a permis d’éliminer à la fois le bruit et les vibrations produits par l’ancienne méthode.

L’exposition au plomb, lors du gainage des câbles avec ce métal, devrait être prévenue par une ventilation adéquate par aspiration localisée, mesure complétée par une interdiction de manger, de boire et de fumer dans les zones susceptibles d’être contaminées par le plomb. Une surveillance biologique périodique devrait être effectuée grâce à l’analyse de la teneur en plomb des échantillons sanguins par un laboratoire qualifié.

Le crésol employé dans la fabrication des fils émaillés est corrosif. Il dégage, à de très faibles concentrations, une odeur caractéristique. Une partie du polyuréthane subit dans les fours d’émaillage une dégradation thermique avec émission de diisocyanate de toluylène, un puissant sensibilisant des voies respiratoires. Une aspiration localisée efficace est nécessaire autour de ces fours, avec une postcombustion catalytique pour éviter une pollution de l’espace environnant.

Les opérations annexes

La réalisation des jonctions entre câbles présente des risques pour deux groupes de travailleurs: ceux qui les effectuent et ceux qui les emploient. La fabrication implique la manipulation d’une poussière fibrogène (silice), d’un sensibilisant des voies respiratoires (isocyanate) et d’un sensibilisant cutané (résine acrylique). Une ventilation avec aspiration localisée efficace doit être mise en place pour limiter l’exposition du personnel; le port de gants est nécessaire pour éviter le contact de la peau avec la résine. Le principal risque pour les utilisateurs des produits est celui d’une sensibilisation de la peau à la résine. Ce risque peut s’avérer difficile à éliminer, dans la mesure où la personne qui réalise une jonction n’a pas toujours la possibilité d’éviter complètement un contact de la peau et qu’elle se trouve souvent éloignée d’une source d’eau lui permettant de se laver les mains. Un agent de nettoyage sans eau est par conséquent indispensable.

Les risques pour l’environnement et leur prévention

D’une manière générale, la fabrication des câbles ne donne pas lieu à des émissions notables à l’extérieur des usines. Cette règle souffre toutefois trois exceptions: a) pour limiter l’exposition aux vapeurs des solvants utilisés aux fins du marquage et d’autres opérations, on a recours à des systèmes d’aspiration localisée, qui rejettent ces vapeurs dans l’atmosphère. Ces émissions de composés organiques volatils sont l’un des facteurs de la formation des brouillards photochimiques, formation contre laquelle les organismes de réglementation de plusieurs pays s’efforcent de lutter; b) il existe un risque d’émission de diisocyanate de toluylène dans la fabrication des fils émaillés; et c) dans un certain nombre de cas, la fabrication des matériaux de base employés dans les câbles peut donner lieu à des rejets dans l’environnement si des mesures efficaces ne sont pas prises. Les émissions aériennes de particules métalliques provenant de l’affinage thermique du cuivre et de la fabrication des alliages cadmium-cuivre et béryllium-cuivre devraient être dirigées vers des systèmes de filtres à manches adéquats, de même que les particules émises lors de la production de composés de caoutchouc. Les émissions de particules, de chlorure d’hydrogène et de chlore provenant de la fabrication des fibres optiques devraient être dirigées elles aussi vers un système de filtres à manches, puis traitées dans un épurateur à soude caustique.

LA FABRICATION DES LAMPES ET DES TUBES ÉLECTRIQUES

Albert M. Zielinski

Il existe deux types principaux de lampes: les lampes à filament (ou lampes à incandescence) et les lampes à décharge. Les constituants de base de ces deux types de lampes sont le verre, divers éléments en fil métallique, un gaz de remplissage et généralement un culot. Suivant les fabricants, ces éléments sont réalisés dans l’entreprise ou fournis par une entreprise extérieure. La plupart des fabricants de lampes produisent eux-mêmes les ampoules de verre, mais peuvent acheter d’autres composants auprès de fabricants spécialisés ou d’autres fabricants de lampes.

Selon le type de lampe, différentes variétés de verre sont employées. Les lampes à incandescence et les lampes fluorescentes utilisent généralement un verre sodo-calcique. Les lampes fonctionnant à une température supérieure utilisent un verre au borosilicate, tandis que les lampes à décharge à haute pression ont des tubes faits de quartz ou de céramique et une enveloppe extérieure en verre au borosilicate. Les extrémités des ampoules sont généralement scellées avec du verre au plomb (environ 20 à 30% de plomb).

Les fils servant de supports ou de connecteurs dans la construction des lampes sont réalisés en divers matériaux, comme l’acier, le nickel, le cuivre, le magnésium ou le fer, tandis que les filaments sont en tungstène ou en alliage tungstène-thorium. Il est indispensable que les fils supports soient adaptés aux caractéristiques de dilatation du verre à l’emplacement où ils traversent celui-ci pour conduire le courant électrique dans la lampe. On emploie fréquemment des fils composites pour cet usage.

Les culots sont généralement réalisés en laiton ou en alumi-nium, le laiton convenant mieux aux applications à l’extérieur.

Les lampes à incandescence

Les lampes à incandescence sont le plus ancien type de lampe encore fabriqué de nos jours. Elles sont appelées ainsi parce qu’elles produisent leur lumière grâce à un filament métallique porté à une température suffisante pour qu’il devienne incandescent. Bien qu’il soit possible de fabriquer des lampes en employant pratiquement n’importe quel matériau comme filament (les premières lampes utilisaient du carbone), la plupart des lampes actuelles comportent un filament de tungstène.

Lampes au tungstène . La version domestique courante de ces lampes se compose d’une ampoule de verre renfermant un filament de tungstène. Le courant est amené au filament par deux fils qui supportent ce filament et qui traversent le pied de verre fixé à l’ampoule. Ces fils sont ensuite reliés au culot métallique, l’un étant soudé à l’œilleton central de celui-ci, et l’autre au filetage extérieur. Les fils supports ont une composition spéciale qui leur confère les mêmes caractéristiques de dilatation que le verre pour éviter les fuites lorsque la lampe chauffe en fonctionnement. L’ampoule est généralement en verre calcique et le pied en verre au plomb. Le dioxyde de soufre entre fréquemment dans la fabrication du pied; il sert de lubrifiant lors du montage à cadence rapide des lampes. Selon le type de lampe, l’ampoule peut être sous vide ou remplie d’un gaz inerte comme l’argon.

Les lampes de ce type ont des ampoules de verre transparent, dépoli ou recouvert de divers matériaux. Les ampoules dépolies et celles recouvertes d’un matériau blanc (souvent à base d’argile ou de silice amorphe) réduisent l’éblouissement par rapport aux ampoules transparentes. On trouve également différents revêtements décoratifs, comme des céramiques et des laques colorées à la surface extérieure de l’ampoule, ou des couleurs (jaune ou rose, par exemple) à la surface intérieure.

Bien que la forme classique à usage domestique soit la plus répandue, les ampoules des lampes à incandescence peuvent être réalisées en différentes formes (tube, globe ou à réflecteur) et en différentes tailles et puissances, depuis la lampe miniature jusqu’aux grosses lampes de scène ou de studio.

Lampes tungstène-halogène . Les lampes standards à filament de tungstène ont comme inconvénient que le tungstène s’évapore pendant l’utilisation et qu’il se condense sur la paroi de verre plus froide, ce qui assombrit celle-ci et réduit l’émission de lumière. Pour y remédier, on ajoute au gaz de remplissage un halogène comme le bromure d’hydrogène ou de méthyle. L’halogène réagit avec le tungstène et l’empêche de se condenser sur la paroi du verre. Lorsque la lampe se refroidit, le tungstène se redépose sur le filament. Etant donné que les conditions optimales de cette réaction exigent des pressions élevées, le gaz des lampes tungstène-halogène est généralement sous une pression de plusieurs atmosphères. L’halogène est normalement ajouté en tant que constituant du gaz de remplissage, en général à des concentrations de 2% ou moins.

Les lampes tungstène-halogène peuvent également avoir des ampoules de quartz en lieu et place du verre. Les ampoules de quartz supportent des pressions plus élevées que les ampoules de verre. Elles peuvent cependant présenter un risque, dans la mesure où le quartz laisse passer des ultraviolets. Bien que le filament de tungstène produise relativement peu d’ultraviolets, une exposition prolongée à faible distance peut causer des rougeurs cutanées et une irritation des yeux. Une enveloppe de verre permet de réduire considérablement la quantité d’ultraviolets; elle assure également une bonne protection contre les débris de quartz très chauds si la lampe venait à se briser en cours de fonctionnement.

Les risques et les précautions à prendre

Dans la production des lampes, quel que soit leur type, les principaux risques sont ceux liés aux équipements automatisés, ainsi qu’à la manutention des ampoules et des lampes de verre et d’autres matériaux. Les causes d’accidents les plus fréquentes sont le contact avec des fragments de verre, qui peut occasionner des coupures, et avec des machines et installations en fonctionnement. Les problèmes liés à la manutention, comme les mouvements répétitifs ou les lésions dorsales, devraient aussi recevoir une attention particulière.

Des brasures au plomb sont fréquemment effectuées sur des lampes. Pour les lampes destinées aux applications à haute température, des brasures contenant du cadmium sont parfois employées. Dans les opérations d’assemblage automatisées, l’exposition à ces deux types de brasures est minime. Lorsque le brasage est effectué à la main (lors de réparations ou d’opérations semi-automatisées, par exemple), les expositions au plomb ou au cadmium devraient être contrôlées.

Les risques d’exposition aux substances dangereuses au cours de la fabrication des lampes ont diminué de façon régulière depuis le milieu du XX^e siècle. Un procédé largement utilisé par le passé pour les lampes à incandescence consistait en une attaque par l’acide fluorhydrique ou par des solutions de bifluorures pour produire des lampes dépolies. Ce procédé a été largement remplacé par l’application d’un revêtement à l’argile, de faible toxicité. Bien qu’il n’ait pas été entièrement éliminé, l’acide fluorhydrique est beaucoup moins employé aujourd’hui. Cette évolution a réduit le risque de brûlures cutanées et d’irritation pulmonaire dues à l’acide. Les revêtements céramiques colorés appliqués sur la face extérieure de certaines lampes contenaient autrefois des pigments à base de métaux lourds comme le plomb, le cadmium ou le cobalt, ainsi qu’un élément vitrifiable au silicate de plomb. Plus récemment, un grand nombre de ces pigments ont été remplacés par des colorants moins toxiques. Si l’on continue à utiliser des métaux lourds, il est possible de recourir à une forme moins toxique (par exemple, le chrome trivalent au lieu du chrome hexavalent).

Les filaments de tungstène spiralés sont toujours fabriqués par enroulement autour d’un mandrin fait de molybdène ou d’acier. Une fois la spirale formée et frittée, les mandrins sont dissous dans de l’acide chlorhydrique (pour l’acier) ou dans un mélange d’acide nitrique et d’acide sulfurique (pour le molybdène). Compte tenu des risques d’exposition aux acides, ces opérations sont couramment effectuées sous hotte ou, plus récemment, dans des appareils étanches (en particulier pour le mélange d’acide nitrique et d’acide sulfurique).

Dans les lampes tungstène-halogène, l’adjonction des gaz de remplissage s’effectue dans des systèmes complètement fermés, avec peu de pertes et une faible exposition. Le bromure d’hydrogène présente des problèmes qui lui sont propres, en raison de sa nature corrosive. Il convient de prévoir une aspiration localisée ainsi que des tuyauteries anticorrosion pour le circuit de distribution de gaz. Un fil de tungstène thorié (contenant en général 1 à 2% de thorium) continue à être employé dans certains types de lampes, mais le thorium présente peu de risques sous cette forme.

Le dioxyde de soufre appelle des précautions spéciales. Une aspiration localisée est nécessaire dans tous les procédés où ce composé est utilisé. Des détecteurs de fuites peuvent s’avérer utiles dans les zones de stockage. Les bouteilles de 75 kg sont préférables aux grands récipients de 1 000 kg, des dégagements massifs pouvant avoir des conséquences catastrophiques.

Les flux de brasage et les résines employées dans les pâtes à culotter entraînent des risques d’irritation cutanée. Dans certaines pâtes, les résines naturelles sont remplacées par du paraformaldéhyde, ce qui crée un risque d’exposition lors de la prise des pâtes.

Toutes les lampes sont réalisées avec un procédé employant un getter; il s’agit d’une substance introduite dans la lampe avant le montage du filament afin de parfaire le vide ou la pureté du gaz qu’elle renferme par une action physicochimique. Le getter élimine l’humidité et l’oxygène résiduels présents dans la lampe après le scellement de celle-ci. Les composés constituant les getters sont généralement du nitrure de phosphore ou des mélanges d’aluminium et de zirconium en poudre. Le nitrure de phosphore est relativement inoffensif, mais la manipulation des poudres d’aluminium et de zirconium présente un risque d’inflammabilité. Les getters sont appliqués par voie humide dans un solvant organique; toutefois, si la substance vient à se répandre, la poudre métallique sèche peut s’enflammer par frottement. Les feux de métaux doivent être éteints au moyen d’extincteurs de classe D et ne peuvent être combattus par l’eau, la mousse ou d’autres produits courants. Un troisième type de getter emploie une phosphine ou un silane; ces substances peuvent être soit mélangées au gaz de remplissage en faibles concentrations, soit ajoutées en fortes concentrations, puis vaporisées instantanément dans la lampe avant le remplissage avec le gaz final. Elles sont toutes deux extrêmement toxiques; lorsqu’elles sont utilisées en fortes concentrations, il est nécessaire de prévoir des systèmes entièrement clos équipés de détecteurs de fuites et d’alarmes.

Les lampes à décharge

La lumière est produite dans ces lampes par une décharge électrique dans un gaz. Qu’elles soient du type à basse ou à haute pression, ces lampes ont un meilleur rendement énergétique que les lampes à incandescence. Les lampes fluorescentes sont utilisées depuis de nombreuses années dans les immeubles commerciaux et leur usage se répand dans les habitations. Des modèles compacts destinés spécialement à remplacer les lampes à incandescence ont été mis au point.

Les lampes à décharge à haute pression sont utilisées depuis longtemps pour l’éclairage des rues et des surfaces étendues (stades, gares de triage, etc.). Des modèles à faible consommation font l’objet de recherche.

Les lampes fluorescentes

Les lampes fluorescentes sont des lampes à décharge qui doivent leur nom à la poudre fluorescente appliquée à l’intérieur d’un tube de verre. Cette poudre absorbe le rayonnement ultraviolet produit par la vapeur de mercure contenue dans la lampe et le convertit pour émettre une lumière visible.

Les verres employés dans ce type de lampes sont semblables à ceux des lampes à incandescence, à savoir un verre calcique pour le tube et un verre au plomb pour les pieds (pincements) situés à chaque extrémité. On peut utiliser deux familles différentes de luminophores pour constituer la couche intérieure des tubes. Les halophosphates, à base de chloro-fluoro-phosphate de calcium ou de strontium, sont les plus anciens; ils ont connu un large essor au début des années cinquante lorsqu’ils ont supplanté les luminophores à base de silicate de béryllium. La seconde famille regroupe les luminophores produits à partir de terres rares, comme l’yttrium ou le lanthane. Ces luminophores à base de terres rares ont un spectre d’émission étroit; on les utilise sous forme de combinaisons comprenant en général un luminophore rouge, un bleu et un vert.

Les luminophores sont mélangés à l’aide d’un liant en suspension dans un mélange organique ou dans un mélange d’eau et d’ammoniac et appliqués à l’intérieur du tube de verre. Les suspensions organiques mettent en œuvre de l’acétate de butyle, un mélange d’acétate de butyle et de naphte ou du xylène. Les réglementations sur l’environnement ont conduit à remplacer les suspensions organiques par des suspensions aqueuses. Lorsque la couche de matière fluorescente a été appliquée à l’intérieur des tubes, ceux-ci subissent un séchage, puis un chauffage à haute température dans un four de frittage pour éliminer le liant.

On scelle un pincement à chaque extrémité des tubes, puis on introduit le mercure. Divers procédés sont employés à cette fin. Bien que l’opération soit encore effectuée manuellement dans certains cas, elle est le plus souvent réalisée par des machines sur des tubes placés en position verticale ou horizontale. Sur les machines verticales, on ferme l’embase à une extrémité du tube, puis on verse quelques gouttes de mercure à l’extrémité supérieure du tube, on remplit la lampe avec de l’argon à basse pression et on scelle l’embase supérieure, ce qui ferme la lampe hermétiquement. Sur les machines horizontales, le mercure est introduit par un côté pendant que le vide est fait depuis l’autre; l’argon est introduit à la pression voulue et on scelle les deux extrémités du tube. Une fois le tube scellé, on pose les culots et on raccorde les fils conducteurs, par brasage ou par soudage, aux contacts électriques.

Il existe encore deux autres procédés d’introduction de la vapeur de mercure dans la lampe. Dans l’un, on emploie une bande imprégnée de mercure qui libère le mercure au premier allumage de la lampe. L’autre procédé utilise du mercure liquide retenu dans une capsule de verre fixée au pied. Une fois la lampe étanche et sous vide, on brise la capsule pour libérer le mercure.

Les lampes fluorescentes compactes sont des versions réduites de la lampe fluorescente classique; elles intègrent parfois un régulateur électronique. Elles contiennent généralement un mélange de luminophores à base de terres rares. Certaines comportent un starter à incandescence contenant de faibles quantités de substances radioactives qui favorisent l’allumage. Il s’agit du krypton 85, de l’hydrogène 3, du prométhium 147 ou du thorium naturel, qui fournissent ce que l’on appelle un courant d’obscurité pour accélérer l’allumage. Un allumage accéléré est préférable pour l’utilisateur, qui souhaite que la lampe s’allume immédiatement sans clignoter.

Les risques et les précautions qu’ils appellent

Les procédés de fabrication des lampes fluorescentes ont considérablement évolué depuis le début. On a tout d’abord eu recours à des luminophores contenant du béryllium; ceux-ci ont été abandonnés en 1949, ce qui a éliminé un risque important pour les voies respiratoires aux stades de la production et de l’utilisation. Dans de nombreuses opérations, les suspensions aqueuses de luminophores ont remplacé les suspensions organiques, ce qui a réduit à la fois les risques d’exposition du personnel et les rejets de composés organiques volatils dans l’environnement. Les suspensions aqueuses donnent lieu cependant à des expositions minimes à l’ammoniac, notamment lors de leur préparation.

Le mercure reste la substance la plus dangereuse. Bien que les expositions soient relativement faibles, sauf autour des machines à vide, il existe une possibilité d’exposition importante pour le personnel qui séjourne près de ces machines ou qui assure leur maintenance et leur nettoyage. Il s’impose de porter des équipements de protection individuelle, comme des combinaisons et des gants, pour prévenir ou limiter l’exposition et, si nécessaire, des protections respiratoires, en particulier pour la maintenance et le nettoyage. Un programme de suivi biologique, avec recherche du mercure dans les urines, devrait être mis en place dans les usines de fabrication de lampes fluorescentes.

Les deux systèmes de luminophores produits actuellement utilisent des matériaux dont la toxicité est considérée comme assez faible. Bien que différents organismes publics aient défini des limites d’exposition pour certains additifs des luminophores de base (baryum, plomb et manganèse), ces composants sont généralement présents en quantités relativement faibles dans les formules employées.

Des résines phénol-formaldéhyde sont utilisées comme isolants électriques dans les culots des lampes. Les adhésifs contiennent en général des résines naturelles ou de synthèse qui peuvent com-porter des irritants cutanés comme l’hexaméthylènetétramine. L’automatisation des équipements de malaxage et de manutention permet de limiter le risque de contact cutané avec ces substances et donc les risques d’irritation.

Les lampes à vapeur de mercure à haute pression

Il existe deux types similaires de lampes à décharge en milieu de vapeur de mercure à haute pression: celles qui utilisent le mercure seul, et celles où il est mélangé à différents halogénures métalliques. Leur conception est identique: elles emploient toutes un tube de quartz contenant le mercure ou le mélange mercure/halogénure. Ce tube est contenu dans une enveloppe extérieure résistante en verre au borosilicate, à laquelle on ajoute un culot métallique pour assurer les contacts électriques. L’enveloppe peut être transparente ou revêtue d’un matériau diffusant ou d’un luminophore pour modifier la couleur de la lumière.

Dans les lampes à vapeur de mercure, le tube de quartz ne contient que du mercure et de l’argon. La vapeur de mercure portée à haute pression (environ 10⁵Nm^-2) produit une lumière à forte composante bleue et ultraviolette. Le tube est totalement transparent aux ultraviolets; si l’enveloppe extérieure est retirée ou se brise, il constitue une puissante source d’ultraviolets, capable de provoquer des brûlures de la peau et des yeux. Bien qu’une lampe de ce type puisse continuer de fonctionner sans son enveloppe, les fabricants proposent également certains modèles à fusible, qui s’éteignent si l’enveloppe extérieure est brisée. En utilisation normale, le verre au borosilicate de l’enveloppe extérieure absorbe une grande partie des ultraviolets, de sorte qu’une lampe intacte ne présente aucun danger.

En raison de la forte teneur en lumière bleue du spectre des lampes à vapeur de mercure, la face interne de l’enveloppe extérieure est souvent revêtue d’un luminophore comme le vanadate-phosphate d’yttrium ou un autre luminophore renforçant les rouges.

Les lampes à halogénures métalliques contiennent elles aussi du mercure et de l’argon, mais également des halogénures métalliques (en général un mélange de sodium et de scandium, éventuellement associés à d’autres substances). L’addition d’halogénures renforce les rouges émis par la lampe et donne ainsi un spectre lumineux plus équilibré.

Les risques et les précautions qu’ils appellent

Outre le mercure, les substances potentiellement dangereuses entrant dans la fabrication des lampes à vapeur de mercure à haute pression sont les matériaux de revêtement intérieur des enveloppes et les additifs halogènes des lampes à halogénures métalliques. L’un des matériaux de revêtement est un simple diffuseur, identique à celui employé dans les lampes à incandescence. Un autre est un luminophore de correction colorimétrique, le vanadate d’yttrium ou le vanadate-phosphate d’yttrium. Le vanadate est semblable au pentoxyde de vanadium, mais il est considéré comme moins toxique. Les expositions aux halogénures sont normalement peu importantes, étant donné que ces composés réagissent à l’humidité de l’air et doivent donc être conservés à l’état sec et sous atmosphère inerte pendant leur manipulation et leur mise en œuvre. De même, le sodium, qui est un métal extrêmement réactif, doit être conservé sous atmosphère inerte pour éviter l’oxydation.

Les lampes au sodium

Les lampes au sodium produites actuellement sont de deux types. Les lampes à basse pression, qui ont pour seule source lumineuse le sodium, donnent une lumière très jaune. Les lampes au sodium à haute pression emploient à la fois le sodium et le mercure pour produire une lumière plus blanche.

Les lampes au sodium à basse pression comportent un tube de verre qui contient le sodium métallique et qui est enfermé lui-même dans un second tube de verre. Les lampes au sodium à haute pression contiennent un mélange de mercure et de sodium enfermé dans un tube en alumine céramique de haute pureté. Sauf en ce qui concerne la composition du tube à arc, les lampes au sodium sont construites sensiblement de la même manière que les lampes à vapeur de mercure et les lampes à halogénures métalliques.

Les risques et les précautions qu’ils appellent

Les risques propres à la fabrication des lampes au sodium à basse ou à haute pression sont peu nombreux. Dans ces deux types de lampes, le sodium doit rester sec. En effet, le sodium métallique pur réagit violemment avec l’eau, en produisant de l’hydrogène et en dégageant une chaleur suffisante pour provoquer une inflammation. Le sodium métallique exposé à l’air réagit avec l’humidité atmosphérique et une couche d’oxyde se forme à sa surface. Pour éviter ce phénomène, on manipule généralement le sodium dans une boîte à gants, sous une atmosphère sèche d’azote ou d’argon. Dans la fabrication des lampes au sodium à haute pression, il est nécessaire de prendre, pour la manutention du mercure, des précautions supplémentaires semblables à celles qui sont appliquées dans la fabrication des lampes à vapeur de mercure à haute pression.

Les problèmes d’environnement et de santé publique

La mise en décharge et le recyclage des lampes contenant du mercure ont fait l’objet, ces dernières années, d’une grande attention dans de nombreuses régions du monde. On dispose actuellement d’une technologie de récupération du mercure des lampes fluorescentes et à décharge à haute pression, mais il s’agit, dans le meilleur des cas, d’une opération à rentabilité nulle. A l’heure actuelle, le recyclage des matériaux des lampes s’apparente davantage à une récupération, car ces substances sont rarement retraitées pour fabriquer d’autres lampes. En général, les parties métalliques sont récupérées par les ferrailleurs. Le verre récupéré peut servir à fabriquer de la fibre de verre ou des blocs de verre ou être employé comme agrégat dans les revêtements routiers de béton ou d’asphalte. En fonction de l’implantation et de la disponibilité des installations de recyclage et d’élimination des déchets spéciaux ou dangereux, le recyclage peut s’avérer la solution la moins coûteuse.

Les ballasts utilisés avec les lampes à décharge pour assurer la stabilisation de la décharge comportaient autrefois des condensateurs dont le diélectrique était constitué de biphényles polychlorés. Bien que la production de ballasts de ce type ait été abandonnée, beaucoup d’anciens modèles sont encore en service, étant donné leur longue durée de vie. Dans certains pays, l’élimination des régulateurs contenant des biphényles polychlorés est réglementée et soumise aux règles applicables à l’élimination des déchets spéciaux et dangereux.

La fabrication du verre (en particulier le verre au borosilicate) peut être une source non négligeable d’émissions d’oxydes d’azote (No_x) dans l’atmosphère. L’oxygène pur a été substitué à l’air sur certains brûleurs à gaz récents en vue de réduire les émissions de NO_x.

LA FABRICATION DES APPAREILS ÉLECTROMÉNAGERS

N. Alan Smith et W. Klost*

* Adapté de la 3^e édition de l'Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.

L’industrie des appareils électroménagers produit une grande diversité d’équipements qui comprennent des appareils audiovisuels, de cuisson ou de chauffage, ainsi que des appareils de préparation et de stockage des aliments (réfrigération et congélation). La production de ces appareils met en œuvre de nombreux procédés fortement automatisés, auxquels peuvent être associés certains risques d’accidents et d’atteintes à la santé.

Les procédés de fabrication

Les matériaux entrant dans la fabrication des appareils électriques domestiques peuvent être classés comme suit:

1. Les métaux, généralement présents dans les conducteurs électriques des câbles et dans l’ossature ou l’enveloppe des appareils.
2. Les matériaux diélectriques ou isolants, employés pour prévenir les contacts accidentels des éléments électriques sous tension.
3. Les peintures et les finitions.
4. Les produits chimiques.

Le tableau 81.2 donne quelques exemples de matériaux appartenant à ces quatre catégories.

Les opérations de réception des matières premières, de fabrication et d’assemblage varient d’un produit à l’autre, mais suivent en général le schéma illustré par la figure 81.5, qui indique également les risques qui y sont associés.

LES PROBLÈMES D’ENVIRONNEMENT ET DE SANTÉ PUBLIQUE

N. Alan Smith

Les principaux problèmes d’environnement associés à la fabrication du matériel électrique concernent les rejets dans l’atmosphère et les eaux, les risques de pollution, le traitement des déchets de production ainsi que le recyclage, lorsqu’il est possible, des appareils et de leurs composants en fin de vie.

Les accumulateurs et les piles

On devrait éviter, dans la mesure du possible, que de l’air contaminé par les acides, l’ammoniac, le plomb, le cadmium ou d’autres substances potentiellement nocives soit rejeté dans l’atmosphère et que les eaux soient polluées à la suite des opérations de fabrication des accumulateurs et des piles; lorsque ce n’est pas réalisable, les émissions devraient être limitées afin de garantir leur conformité avec les normes en vigueur.

L’utilisation des accumulateurs et des piles peut présenter des risques pour la santé publique. Les fuites d’électrolyte des accumulateurs au plomb et des piles alcalines peuvent être à l’origine de brûlures. La recharge des gros accumulateurs au plomb produit de l’hydrogène, un gaz qui présente des risques d’incendie et d’explosion dans les espaces confinés. Les fuites de gaz des grosses piles au lithium peuvent être la cause d’expositions dangereuses au chlorure de thionyle, au dioxyde de soufre, à des brouillards d’acide chlorhydrique, à du lithium en combustion, etc.; on connaît au moins un cas mortel (Ducatman, Ducatman et Barnes, 1988). Ces mêmes risques sont présents dans la fabrication de ces piles.

Les fabricants d’accumulateurs et de piles ont tenu compte des préoccupations environnementales croissantes suscitées par l’élimination des articles contenant des métaux lourds toxiques lors de leur mise en décharge ou de leur incinération avec d’autres déchets. Les émissions de métaux toxiques provenant des décharges ou rejetées par les cheminées des usines d’incinération peuvent causer une pollution de l’air et de l’eau. Les fabricants ont admis, en particulier, la nécessité de réduire la teneur en mercure des piles dans les limites des possibilités de la technologie moderne. La campagne pour l’élimination du mercure a commencé avant l’adoption officielle de la législation introduite dans l’Union européenne par la directive relative aux piles et accumulateurs (CEE, 1991).

Le recyclage est une autre façon de réduire la pollution de l’environnement. Les piles au nickel-cadmium sont relativement faciles à recycler. La récupération du cadmium est très efficace, et ce métal est réutilisé pour la fabrication de nouvelles piles. Quant au nickel, il est réutilisé dans les aciéries. Les premières études économiques laissaient penser que le recyclage des piles au nickel-cadmium n’était pas rentable, mais les progrès technologiques devraient améliorer la situation. Les éléments à oxyde mercurique, qui entrent dans le cadre de la directive CE sur les batteries et qui étaient surtout employés dans les prothèses auditives, seront remplacés par des piles au lithium ou au zinc-air. Les éléments à l’oxyde d’argent sont recyclés, notamment en bijouterie, en raison de leur teneur intéressante en argent.

Lors du recyclage des matières dangereuses, il convient de prendre les mêmes précautions que pendant la fabrication. En recyclant des piles à l’argent, par exemple, les travailleurs peuvent être exposés à des vapeurs de mercure et à de l’oxyde d’argent.

La réparation et le recyclage des accumulateurs au plomb peuvent être à l’origine d’intoxications par le plomb chez les travailleurs et parfois même dans leur famille. Ces opérations constituent également une grave menace pour l’environnement (Matte et coll., 1989). Dans de nombreux pays, en particulier dans la région des Caraïbes et en Amérique latine, on brûle les plaques de plomb des batteries de voitures pour produire de l’oxyde de plomb servant à vitrifier les poteries.

La fabrication des câbles électriques

La fabrication des câbles électriques génère trois principales sources de pollution: les vapeurs de solvants, les émissions de diisocyanate de toluylène dans le cas des fils émaillés et les rejets dans l’environnement occasionnés par la production des matériaux entrant dans la fabrication des câbles. Chacune de ces sources appelle des mesures appropriées pour la protection de l’environnement.

La fabrication des lampes et des tubes électriques

Les principaux problèmes d’environnement sont la mise en décharge et le recyclage des lampes contenant du mercure et l’élimination des biphényles polychlorés provenant des ballasts de stabilisation des lampes fluorescentes. La fabrication du verre peut également être une importante source de rejets d’oxydes d’azote dans l’atmosphère.

Les appareils électroménagers

L’industrie des appareils électroménagers étant dans une large mesure une industrie d’assemblage, les problèmes d’environnement sont très limités, à l’exception des peintures et solvants utilisés pour la finition des surfaces. Les mesures courantes de lutte antipollution devraient être mises en œuvre, en conformité avec les réglementations sur l’environnement.

Le recyclage des appareils nécessite que l’on extraie, des matériels récupérés, les différents matériaux réutilisables tels que le cuivre ou l’acier doux, comme il est expliqué dans d’autres parties de la présente Encyclopédie.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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Ducatman, A.M., Ducatman, B.S. et Barnes, J.A., 1988: «Lithium battery hazard: Old-fashioned planning implications of new technology», Journal of Occupational Medicine , vol. 30, n^o 4, pp. 309-311.

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