PROJECTION THERMIQUE P – D ANGERS – P OPULATION …

PROJECTION THERMIQUE :PROCÉDÉS – DANGERS – POPULATION EXPOSÉE

ET NIVEAUX D’EXPOSITION

Barbara SAVARYINRS Vandœuvre-lès-Nancy

Département Métrologie des polluants Laboratoire de Caractérisation du Risque Chimique

Les mardis de Fernand Widal - Metranep

Définition

► Opération qui consiste à modifier les propriétés de surface d’un matériau

► Traitement mécanique, électrochimique, chimique ou physique► Une étape de préparation des surfaces est souvent nécessaire

Le traitement de surface

Traitement de surface

Traitement de surface

Voie Humide

(bains)

Voie Humide

(bains)Voie sècheVoie sèche

PlacagePlacageRechargement

par soudureRechargement

par soudure

Dépôts chimiques en phase vapeur

Dépôts chimiques en phase vapeur

Dépôts physiques en phase vapeur

Dépôts physiques en phase vapeur

Projection thermiqueProjection thermique

Conversion (sulfuration /

phosphatation…)

Conversion (sulfuration /

phosphatation…)DiffusionDiffusion

Transformation structurale (trempe)

Transformation structurale (trempe)

Définition

► Projection à l’aide d’un gaz vecteur d’un matériau d’apport chauffé à une température élevée (3000 – 12000°C) sur un matériau support pour en modifier ses propriétés

La projection thermique

Source : techniques de l’ingénieur


Flamme

HVOF / HVAF

Arc électrique Plasma

Canon à Détonation• Appareils portatifs

• Cabines accessibles pendant la projection

• Cabines inaccessibles pendant la projection

(Installations automatisées)

Poudre Fil / Cordon50 % 70 %

80 % 70 %

70 %

70 %


Les utilisations► Beaucoup d’utilisations : boulonnerie, pompes, robinetterie, centrales

hydrauliques/nucléaires, brasseries, industrie agroalimentaire, imprimerie, textile,ind. du caoutchouc, ind. chimique, traitement d’eau potable, aérospatiale,aéronautique, naval, ferroviaire, automobile, matériel chirurgical/dentaire,prothèses…


Utilisations

Ateliers intégrés

MaintenanceFabrication

Sous-traitance

Traitement des métaux

Avantages

►Choix du couple matériau projeté – support►Choix dans le type de projection►Choix dans la taille de la pièce à traiter► Installations mobiles►Diversité d’applications


Méthodologie

► Sélection de 56 secteurs d’activité (selon nomenclature NAF) en relation avec les données de la bibliographie � 60987 établissements en 2012

► Plan de sondage de 35 % � 21345 établissements interrogés► Questionnaire en 4 parties► Taux de réponse 43 %► Traitement des réponses en regroupant les secteurs NAF en activité

> 18 activités

► Descriptif de 5 procédés uniquement

► Résultats disponibles sur le site internet INRS – NS 326

Etude INRS

► 780 à 960 établissements possèdent au moins une installation de projection thermique (cf Etude INRS – 2012)

Typologie des établissements (1/2)

► 67 % des établissements � moins de 20 salariés

Micro-entreprises

49%

TPE18%

PME26%

ETI2%

GE4%

0

100

200

300

400

500

600

AE FF FP PS HVOF

GE

ETI

PME

TPE

MICRO

Typologie des établissements (2/2)

0%

2%

4%

6%

8%

10

%

12

%

14

%

16

%

18

%

20

%Pourcentage d'établissements

possédant au moins une installation de projection thermiquepar rapport à l'ensemble des établissements

exercant la même activité

Arc Ele

ctriqu

eFlam

me

-FilFlam

me

-Po

ud

reP

lasma

HV

OF

Répartition géographique

Arc

Electrique

Flamme-

FilFlamme-

Poudre

Plasma HVOF

Typologie des ateliers

0 sal.4%

1-4 sal.63%

5-9 sal.18%

10 à 19 sal.11%

20 à 49 sal.3%

50 sal. et plus1%

► Ateliers de petite taille � 85 % ont moins de 10 salariés

► 4100 à 4900 salariés sont potentiellement exposés aux fumées émises lors de la mise en œuvre d’un procédé de projection thermique

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Arc électrique Flamme-Fil Flamme-Poudre Plasma HVOF

Nombre de salariés travaillant sur les installations en fonction des procédés

salariés sur app. portatifs

salariés en cab. non conf.

salariés en cab. conf.

► Appareils portatifs pour les procédés arc électrique, flamme-poudre et flamme-fil

► Cabines inaccessibles pendant la projection pour les procédés plasma et HVOF/HVAF

Typologie des installations

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Arc Electrique Flamme-Fil Flamme-Poudre Plasma HVOF

Nombre d’installations en fonction du procédé de projection thermique

Appareils portatifs

Cabines ventilées accessiblespendant la projection

Cabines ventilées inaccessiblespendant la projection

Sidérurgie

Bâtiment

Pétrochimie

Energie

Maintenance

Automobile

Agro-AlimentairePapeterie

Aéronautique

Imprimerie

Métallerie

Armement

Ferroviaire

Verrerie

ElectroniqueIndustrie

Naval

Transport

Pharmacie

Textile

Biomédical

AgricultureChaudronnerie

0% 5% 10% 15% 20% 25%

Secteurs d’activité dans lesquels des établissements font sous-traiter des opérations de projection

Sous-traitance

� Les établissements travaillant le métal ou faisant de la maintenance sont sous-traitants pour le compte de clients

� La sidérurgie fait le plus souvent appel à la sous-traitance

� 80 % des établissements sont sous-traitants

Révêtement des Métaux

BTP

Travail des Métaux

Réparat. Ouvrages Métal.

Instal. Equip. Ind.

Fab. Prod. Métal.

Ferroviaire

Automobile

Fab. Machines/Equip.

Aéronautique

Fab. Equip. Elec.

Naval

Verre

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35%

Secteurs d’activité dans lesquels des établissements font de la sous-traitance

Jamais74%

Occasionnel19%

Fréquent4%

Toujours3%

Fréquence de déplacement chez les clients

Intérêts

Arc Electrique Flamme-Fil Flamme-Poudre

Plasma HVOF

51%

24%

25%

22%

21%57%

40%

21%

39%

43%

19%

14%

24%

43%

21%

11%

25%

Anti-corrosion

Rechargement

Sous-couche

Anti-usure

Réduction de frottement

Autres

Matériaux (1/2)

So

urce

: Ad

va

nce

d co

atin

g

0%

2%

4%

6%

8%

10

%

12

%

14

%ZnAl

Alliage base Ni

Al

Zn

Alliage base Ni Cr

Acier

Alliage base WC

Inox

Alliage base Fe

Al2O3

Cu

NiCr

Alliage base Al

Mo

Cr2O3

Ni

Alliage base Fe Cr Ni

TiO2

SnSbCuPb

ZrO2

Alliage base Fe Cr

Cr

Cr3C2_NiCr

divers

Cd

Fe

AgP

alliage base Cu

Alliage base Fe Ni

Bronze

alliage base Co

Sn

alliage base Cu Ni

Thermoplastiques

Cr3C2

FONTE

HYDROXYAPATITE

W

Si

alliage Co Cr

CrCo

Ti

nombre de citations

Matériaux (2/2)

Arc Electrique Flamme-Fil Flamme-Poudre

Plasma HVOF

18%

15%

13%

12%

42% 34%

13%

53%

25%

16%59%

14%

13%

73%

33%

19%10%

10%

28%ZnAl

Alliages base Ni

AlAlliages base WC

AcierAlliages base NiCr

Zn Alumine

NiCr Autres

Chrome

► VLEP 8h = 2 mg/m3

► VLEP CT = /► CIRC = /

► H228 : matière solide inflammable► H351 : susceptible de provoquer

le cancer� Valeur de réf. pour la pop. Gale

> Cr sanguin tot < 0,87 µg/L> Cr plasmatique < 0,79 µg/L> Cr urinaire < 0,54 µg/g de

créatinine (0,65 µg/L)� VGF

> Cr total urinaire < 30 µg/g de créatinine en fin de poste et fin de semaine

CrVI � CrIII

Foie, Rein,

Rate

* Digestive < 10 %, percutanée 4 %

Chrome VI► VLEP 8h = 1 µg/m3

► VLEP CT = 5 µg/m3

► CIRC = C1B► H271 : peut provoquer un incendie ou une

explosion ; comburant puissant► H350 : peut provoquer le cancer ► H340 : peut induire des anomalies génétiques ► H361 : susceptible de nuire à la fertilité ou au

fœtus ► H330 : mortel par inhalation► H301 : toxique en cas d'ingestion► H372 : risque avéré d'effets graves pour les

organe à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée

► H314 : provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires

► H334 : peut provoquer des symptômes allergiques ou d'asthme ou des difficultés respiratoires par inhalation

► H317 : peut provoquer une allergie cutanée► H410 : très toxique pour les organismes

aquatiques, entraîne des effets à long terme

� Valeur de réf. pour la pop. Gale

> Cr sanguin tot < 0,87 µg/L> Cr plasmatique < 0,79 µg/L> Cr urinaire < 0,54 µg/g de


> Cr total urinaire < 30 µg/g de créatinine en fin de poste et fin de semaine

Nickel

► VLEP 8h = 1mg/m3

► VLEP CT = /► CIRC = C2

► H317 : peut provoquer une allergie cutanée

► H351 : susceptible de provoquer le cancer

► H372 : risque avéré d'effets graves pour les organe à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée


> Ni sanguin tot < 1,4 µg/L> Ni plasmatique < 1,3 µg/L> Ni urinaire < 3,8 µg/g de


> Valeur non déterminée

Rein, Foie,

Poumon

*Absorption digestive pour Ni métal et comp. peu solubles faible,

pour les comp. solubles rapide

Absorption respiratoire 20 à 35 %

Absorption percutanée dépend de la nature des composés, ↗ avec

la sueur, les solvants, les détergents et les huiles

** si ingestion : élimination dans les fèces (90 %)

Cadmium► VLEP 8h = 50 µg/m3

► VLEP CT = /► CIRC = C1B, M2 R2

► H330 : mortel par inhalation► H341 : susceptible d’induire des

anomalies génétiques► H350 : peut provoquer le cancer ► H361f : susceptible de nuire à la fertilité► H372 : risque avéré d'effets graves pour

les organes à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée

► H410 : très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme


> Cd sanguin tot < 1,55 µg/L > Cd urinaire < 0,8 µg/g de créatinine

(0,83 µg/L) (non-fumeurs)> Cd urinaire <1µg/g de créatinine

(1µg/L) (fumeurs)� VGF

> Cd sanguin = 5µg/L> Cd urinaire = 5 µg/g de créatinine

Rein, FoieOs, Muscles,

Peau

* Digestive ≈ 5%, percutanée ≈ 0,5 % ** Cd toxique cumulatif, l’excrétion ne représente qu’une

infime partie du Cd accumulé dans l’organisme

Oxyde de cadmium

► VLEP 8h = /► VLEP CT = 50 µg/m3

► CIRC = C1B, M2 R2► H330 : mortel par inhalation► H341 : susceptible d’induire des

anomalies génétiques► H350 : peut provoquer le cancer ► H361f : susceptible de nuire à la fertilité► H372 : risque avéré d'effets graves pour

les organes à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée

► H410 : très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme

Cobalt► VLEP 8h = 50 µg/m3


► H317 : peut provoquer une allergie cutanée

► H334 : peut provoquer des symptômes allergiques ou d'asthme ou des difficultés respiratoires par inhalation

► H413 : peut entraîner des effets néfastes à long terme pour les organismes aquatiques


> Co sanguin tot < 0,63 µg/L> Co plasmatique < 0,59 µg/L> Co urinaire < 0,6 µg/g de

créatinine (<0,7 µg/L) (♂)> Co urinaire < 0,6 µg/g de

créatinine (<0,7 µg/L) (♀)

� VGF > Co sanguin = 1 µg/L (fin de

poste et fin de semaine)> Co urinaire = 15 µg/L (fin de

poste et fin de semaine)

Rein, Foie

Oxyde de cobalt

► VLEP 8h = 50 µg/m3


► H330 : mortel par inhalation► H317 : peut provoquer une allergie

cutanée► H334 : peut provoquer des symptômes

allergiques ou d'asthme ou des difficultés respiratoires par inhalation

► H413 : peut entraîner des effets néfastes à long terme pour les organismes aquatiques

Typologie des émissions (1/4)

►Gaz vecteur

►Gaz de dégradation thermique des

revêtements déjà présents

►Gaz émis (CO, O3)

►Particules solides métalliques ou d’oxydes

métalliques

Source : Ed 6132 (INRS)

► Chadwick et al. (1997)


Comparaison procédé arc électrique, plasma et canon à

détonation

Projection de nickel, de chrome et de cobalt

� Émission de particules de Ni, de Cr ou de Co plus importante par le procédé plasma� Excrétion urinaire de Ni et de Co plus élevée chez les opérateurs utilisant le procédé plasma� Excrétion urinaire de Cr plus élevée chez les opérateurs utilisant le procédé arc électrique

* The Science of the Total Environment 1997; 199:11 5-124


* Ann Occup Hyg 2010;54:607-614

flamme

1 107

arc

électrique

1 1010

� Procédé par arc électrique beaucoup plus émissif que le

procédé par flamme

� 80-95 % des particules ont un diamètre inférieur à 100 nm

► Bémer et al.* (2010)

Comparaison procédés flamme et arc électrique


* Ann Occup Hyg 2010;54:607-614

► Bémer D et al.*

Comparaison procédés flamme et arc électrique

Projection de Zinc, Aluminium et ZnAl

� La projection d’aluminium par arc électrique est plus émissive

Répartition en fonction de la granulométrique

Proportion de PUF

Niveaux d’expositions (base Colchic)

Poussières

inhalablesNickel Chrome

Chrome 6

soluble

Chrome 6

insolubleCuivre

Unité mg/m3 µg/m3 µg/m3 µg/m3 µg/m3 µg/m3

VLEP-8h - 1000 2000 50 - 200

nb de mesures 48 26 32 23 23 15

moyenne 0,58 26 6,9 0,35 0,64 64,42

étendue 0,03-5,76 0,1-398 0,3-30 <0,01-1,6 0,02-4,7 0,20-671

médiane 0,24 5,4 3,9 0,1 0,09 17

moyenne

géométrique0,26 3,4 3,4 0,09 0,15 6,34

écart-type

géométrique3,31 9,24 3,79 8,04 5,68 14,21

P5 0,05 0,1 0,4 <0,01 0,02 0,2

P25 0,1 0,6 1,1 0,04 0,05 0,25

P75 0,52 24 10,5 0,58 0,68 57

P90 0,96 39 20 1 2,6 66

P95 3,09 57 20 1,44 3 671

Niveaux d’expositions (base Colchic)

Poussières

inhalablesNickel Chrome

Chrome 6

soluble

Chrome 6

insolubleCuivre

Unité mg/m3 µg/m3 µg/m3 µg/m3 µg/m3 µg/m3

VLEP-8h - 1000 2000 50 - 200

nb de mesures 48 26 32 23 23 15

moyenne 0,58 26 6,9 0,35 0,64 64,42

240

5,4 3,9

0,1 0,09

17

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

poussièresinhalables (260

µg/m3)Nickel (3,4

µg/m3)Chrome (3,4

µg/m3)

Chrome 6soluble (0,09

µg/m3)

Chrome 6insoluble (0,15

µg/m3)Cuivre (6,34

µg/m3)

Co

nce

ntr

atio

n (

µg/

m3

)

Données biologiques

� Crurinaire soudage << Crurinaire projection thermique

� Variabilité de l’excrétion urinaire en fonction du

procédé

� Crurinaire HVOF<< Crurinaire Plasma

HVOF

Plasma

►Une étude INRS (non publiée) : comparaison soudage – projection thermique

Distribution du chrome et du nickel urinaires en fonction des GEH « Témoins » et « Métalliseurs » (Tous procédés confondus, npU valides = 682)


0.01 0.1 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200CrU µg/g crea

TEMOINS

METALLISEURS

1 2 5 10 20 50 100 200 500NiU µg/g crea

TEMOINS

METALLISEURS

Valeur de référence chez la population généraleValeur guide française (Cr VI, Soudeurs)

Cr urinaire Ni urinaire

� Cr urinaire Métalliseurs = CrU Témoins � NiU Métalliseurs > NiU Témoins

• Exposition professionnelle évidente

• Efficacité et utilisation correcte de l’APR ?

35

Distribution du CrU et du NiU des Métalliseurs en fonction des procédésUtilisation d’un SEUL procédé => 10 métalliseurs (npU valides= 271)


0.01 0.1 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 500CrU µg/g crea

PLASMA

HVOF

FP

FF

1 2 5 10 20 50 100 200 500NiU µg/g crea

PLASMA

HVOF

FP

FF

Cr urinaire Ni urinaire

Valeur de référence chez la population généraleValeur guide française (Cr VI, Soudeurs)

� Flamme-Fil : procédé le plus exposant au Cr et au Ni pour les opérateurs

• CrU FF > 30 µg/g creat et NiU > VBR (16x plus importante)

• Efficacité et utilisation correcte de l’APR ?

Projection Cr et Ni

½ masque filtrant

Port aléatoire

Projection Cr2O3 et Ni

Masque cartouche

Port très aléatoire

Les appareils de protection respiratoire

► Définitions� Apport d’air : apport d’air non pollué ou d’oxygène en bouteille

ou pris à l’extérieur de la cabine

� Ventilation assistée : ou ventilation motorisée (masque, demi-masque, cagoule ou écran facial)

� Ventilation libre : demi-masque filtrant, masque ou demi-masque à cartouche

� Pas d’APR : ne porte pas de protection respiratoire

21%31%

21%

49%

41%

27%

25% 19%

35%

5% 9%17%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Cab. vent. inaccessibles pdtla proj.

Cab. vent. accessibles pdt laproj.

Appareils Portatifs

N'utilise pas d'APR

Ventilation libre

Ventilation assistée ou motorisé

Apport d'air non pollué ou d'oxygène

12%

29%

36%

23%

� Dans 1/4 des situations, les salariés ne portent pas d’APR

Préparation des supports

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

� Exposition lors de la phase de

préparation : peinture, métal,

revêtement déjà présent

Nettoyage des zones de travail

0%

5%

10

%

15

%

20

%

25

%

30

%

35

%

40

%

45

%

50

%Pas de nettoyage des zones

de travail

Aspirateur industriel avecsystème de récupération

intégré

Système d'aspiration fixerelié à un dépoussiéreur

extérieur

Balayage

Soufflette

A l'humide

Sous-traitance

Sable Humide

Nettoyage au chiffon

�2

3 %

de

s éta

blisse

me

nts d

écla

ren

t

utilise

r le b

ala

i ou

la so

uffle

tte p

ou

r

ne

ttoye

r les zo

ne

s de

trava

il

Conclusions (2/2)

► 1,5 % des établissements possèdent une installation de projection thermique� Activité transversale utilisée dans de nombreux secteurs industriels

� Activité rare dans un même secteur sauf le revêtement des métaux

� Établissements de petites tailles (moins de 20 salariés pour 67 % des établissements)

� Environ 5 000 salariés travaillent dans les ateliers où sont placées les installations de projection thermique

� La projection par arc électrique est la plus représentée, surtout en appareils portatifs

� Le zinc-aluminium est le matériau le plus mis en œuvre mais spécificité des matériaux en fonction du procédé

� L’APR n’est pas porté dans 1/4 des situations lors d’utilisation d’appareils portatifs ou de cabines non confinées

► Utilisation de matériaux toxiques en projection (Ni, Cr, Co…)� Production de particules ultra-fines (PUF) – résultats de l’étude de Bemer et al. (2010),

confirmés par l’étude de caractérisation granulométrique menée dans l’étude « projection thermique »

Merci de votre attention

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