Détermination de teneurs en silice cristalline alvéolaire dans l’air

Savoirs
Rédaction
18/01/2019
Modifié le 20/08/2020 à 23:28

La silice cristalline alvéolaire est la fraction alvéolaire la plus fine de la poussière et pose un problème en raison de ses effets néfastes sur la santé. Le Cric-OCCN a mis au point des prélèvements de poussières sur site et comment les analyser, pour déterminer les teneurs en silice cristalline alvéolaire.

La silice cristalline alvéolaire est la fraction alvéolaire la plus fine de la poussière et pose un problème en raison de ses effets néfastes sur la santé.
La silice cristalline alvéolaire est la fraction alvéolaire la plus fine de la poussière et pose un problème en raison de ses effets néfastes sur la santé.

La silice cristalline alvéolaire est la fraction alvéolaire la plus fine de la poussière et pose un problème en raison de ses effets néfastes sur la santé. Le Cric-OCCN1 a mis au point des prélèvements de poussières sur site et comment les analyser, pour déterminer les teneurs en silice cristalline alvéolaire.

1 – Quel est le contexte de ces recherches ?

Le contexte de ce projet est la signature de l’Accord européen intersectoriel sur la silice cristalline alvéolaire (SCA) dans l’air, qui est appliqué depuis janvier 2007. Le Cric-OCCN ainsi que le CTP2, situés respectivement à Bruxelles et à Tournai, en Belgique, ont décidé d’unir leurs forces pour aider les industries qu’ils représentent, à se mettre en accord avec cette nouvelle législation européenne. L’accent de ce projet (soutenu dans sa phase de démarrage par la région wallonne) a été mis sur la prévention et donc la détermination des moyens pour diminuer les émissions de ces poussières nocives pour la santé. Plus concrètement, nous avons souhaité aider les PME de nos différents secteurs (par exemple les petites carrières) à appréhender les risques encourus et minimiser les coûts des prélèvements et d’analyses de poussières.

Le CTP et le Cric-OCCN se sont attachés à la mise au point – parfois fort complexe – respectivement des prélèvements des poussières alvéolaires totales (PAT) sur site et de leurs analyses pour déterminer les teneurs en silice cristalline alvéolaire (SCA).

 2 – Qu’est ce que la silice cristalline alvéolaire ?

La SCA peut se trouver sous différentes formes cristallographiques, dont les plus courantes sont le quartz, la tridymite et la cristobalite. C’est la fraction alvéolaire (la plus fine) de la poussière qui pose un problème en raison de ses effets néfastes sur la santé. En effet, ces petites particules peuvent pénétrer plus profondément dans l’appareil respiratoire.

C’est la raison pour laquelle des valeurs limites d’exposition maximales à la SCA ont été fixées dans chaque pays européen. En Belgique, ces teneurs sont limitées à 0,1 mg/m3 pour le quartz et à 0,05 mg/m3 pour la tridymite et la cristobalite.

Ces valeurs sont normalisées par le volume d’air échantillonné, ramené à une période de travail de 8 h. Notons pour être complet que la PAT dans l’air est également limitée en Belgique et doit être inférieure à 3 mg/m3.

Deux choix ont dû être faits au début du projet :

  • le système de prélèvement de la PAT ;
  • la technique d’analyse de la PAT pour déterminer la SCA.

  3 – Quels choix de prélèvements ont été retenus ?

Le système de prélèvement nécessite l’échantillonnage sélectif de la fraction alvéolaire. C’est pourquoi, il est nécessaire de pouvoir mesurer l’exposition réelle en échantillonnant la poussière respirable des personnes exposées à la SCA. Idéalement, ce dispositif de prélèvement portable doit être le plus petit possible de manière à ne pas gêner le travailleur dans l’accomplissement de sa tâche. Il doit aussi être représentatif du débit (volume d’air inhalé multiplié par la fréquence respiratoire) de la respiration humaine.

Il y a deux types de système d’échantillonnage personnels utilisés le plus fréquemment pour l’évaluation de la fraction alvéolaire d’une poussière :

• le cyclone (déposition sur filtre) ;

• le Cip 10 (déposition sur mousses en polyuréthanne).

Le cyclone est plus utilisé que le Cip 10, dont le nom provient de l’abréviation de “Capteur individuel de poussière”. Cet appareil, souvent appelé “système à coupelle rotative”, a été développé en France où il est le plus souvent utilisé, de même qu’au Canada.

Nous avons choisi ce dernier pour trois raisons :

• les débits du système Cip 10 (10 l/min) sont plus importants que ceux des cyclones ;

• les caractéristiques d’échantillonnage du Cip 10 sont plus proches de celles de la respiration humaine moyenne ;

• il est facile à utiliser et ne se bouche pas facilement. Il rejette les particules inférieures à 0,2 µm. Ce qui est plus proche de la réalité de fonctionnement de l’appareil respiratoire d’un être humain.

Par contre, le désavantage de cette méthode de prélèvement est le fait qu’elle implique une détermination indirecte de la SCA dans la PAT. Les mousses sur lesquelles sont réceptionnées les PAT doivent subir une opération de calcination (photo 1). La mesure de PAT nécessite une pesée très précise avant et après le prélèvement des coupelles tournantes avec la résolution du µg (photo 2). Des échantillons témoins sont d’ailleurs utilisés pour obtenir la précision attendue. La durée de l’échantillonnage doit être supérieure à 4 h pour minimiser l’erreur avec ce type d’appareillage.

Pour ce qui concerne la détermination des teneurs en SCA dans la PAT échantillonnée par le CIP 10, deux choix s’offraient à nous et ont été comparés, la mesure par diffraction des rayons X (DRX) ou par spectrométrie infra-rouge à transformée de Fourier (IRTF).

Chaque technique possède des avantages et des inconvénients. L’IRTF a l’avantage d’être plus rapide, moins coûteuse, mais, d’un autre côté, elle ne peut pas différencier facilement les phases amorphes des phases cristallines. La tridymite ne peut pas être déterminée par cette méthode (seulement le quartz et la cristobalite). Les résultats dépendent fortement de la distribution granulométrique et des calibrations qui doivent être effectuées avec des silices de granulométrie connue. La plupart des carrières dans le Sud de la Belgique extraient des roches calcaires. On a dû constater que le calcaire, entre autres, produit des interférences dans l’analyse par IRTF qui la rend difficile voire ininterprétable. Ce qui a orienté notre choix vers la DRX.

 4 – Quels résultats ?

Un des résultats scientifiques le plus intéressant de ce projet, est celui obtenu sur les prélèvements effectués dans les carrières calcaires. En effectuant le rapport des valeurs de SCA et PAT obtenues pour tous les postes de travail contrôlés sur tous les sites, on obtient une valeur moyenne proche de 1 %. Cette valeur est l’ordre de grandeur que nous avons trouvé lors de déterminations de silice cristalline dans des roches calcaires ainsi que la valeur indicative du rapport européen pour ce même type de roche. Ces résultats sont très encourageants et tendent à montrer qu’il serait possible, à condition de disposer d’un nombre suffisant de résultats, connaissant ce rapport constant, de se limiter à la détermination des valeurs de PAT à la place de celle de la teneur en SCA dans celle-ci.

Si des valeurs semblables pouvaient être établies pour les différents types d’exploitation, cela éviterait des analyses coûteuses et sophistiquées de SCA et des prélèvements d’air sur des individus. Il suffirait donc, dans certaines industries, d’effectuer des prélèvements automatiques de PAT sur des postes fixes (qui sont plus faciles à gérer et moins coûteux).

1Centre belge national de recherches scientifiques et techniques pour l’industrie cimentière.

2Centre technologique international de la terre et de la pierre.

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