La pratique de la sécurité des rayonnements optiques artificiels

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Cet ouvrage a pour objectif d’aider le responsable d’installation et l’ingénieur de sécurité à concevoir l’organisation et la mise en œuvre des mesures de prévention et de protection collective et individuelle. Il doit permettre également au technicien de valider la sécurité des procédures de réglages et au concepteur de laser, d’appareil à laser ou de systèmes à lampes, d’accéder aux méthodes de mesure en vue de la classification et de la commercialisation de ses produits. Il présente les principaux lasers dont les lasers à fibre et les sources incohérentes avec différentes lampes y compris les diodes électroluminescentes, mais aussi les corps noirs comme le métal en fusion. Il donne des exemples de calculs intégrant l’influence des phénomènes atmosphériques et des systèmes optiques grossissants sur la propagation des rayonnements optiques. Il recense également les connaissances actuelles sur les dommages induits par les différents rayonnements et les limites d’expositions recommandées par les organismes internationaux. Des calculs de limites d’exposition, des distances de sécurité, mais aussi de la classification d’appareil à laser ou de groupe de risque de lampes sont expliqués en fonction des paramètres de l’émission. Un chapitre est consacré aux risques associés (hors faisceau) liés aux fonctionnements des sources. Différents exemples d’analyse et de réduction du risque sont détaillés dans cet ouvrage. Les mesures de prévention sont issues du rapport technique IEC 60825-14, mais aussi de l’expérience accumulée par les auteurs au cours des vingt dernières années. Elles s’appuient sur les textes, sur le matériel, ainsi que sur la formation des opérateurs. Les systèmes de protection collective sont réalisés par des mesures d’ingénierie associées à des équipements actifs ou passifs. La protection individuelle contre les rayonnements incohérents et les lasers est traitée avec des exemples de calculs pour les écrans collectifs et pour les lunettes de protection et de réglage. Enfin, un chapitre recense les accidents induits et présente des exemples de situations accidentelles fréquentes. Présentation 1Les auteurs 7 Chapitre 1 •Propagation des rayonnements optiques jusqu’aux tissus biologiques 91.1 L’émission cohérente et incohérente 91.2 Le Laser 101.2.1 Principe de fonctionnement 101.2.2 Les principaux lasers 131.3 Les autres sources optiques artificielles 191.3.1 Caractéristiques radiométriques associées 191.3.2 Différents types de sources 201.4 Les caractéristiques de l’émission 251.4.1 Les caractéristiques spatiales 251.4.2 Caractéristiques spectrales 261.4.3 Caractéristiques temporelles 261.4.4 Caractéristiques énergétiques 281.5 La propagation des faisceaux optiques 301.5.1 Libre propagation 301.5.2 Phénomènes atmosphériques 321.5.3 Propagation dans les systèmes optiques 361.6 Les propriétés optiques des surfaces et des milieux 401.6.1 Bilan énergétique 401.6.2 Extinction 411.6.3 Réflexion et transmission diffuses 411.6.4 Réflexion spéculaire et transmission directe 461.7 Les propriétés thermiques des matériaux 511.7.1 Approche théorique générale 511.7.2 Approche théorique simplifiée 52Bibliographie 56Chapitre 2 • Propagation et effets des rayonnements optiques dans les tissus vivants 592.1 La peau 592.1.1 L’épiderme 602.1.2 Le derme et l’hypoderme 612.1.3 Principales fonctions de la peau 622.2 L’œil 642.2.1 La tunique fibreuse 642.2.2 La tunique uvéale 662.2.3 La rétine 672.2.4 Les milieux transparents 722.3 Aspect géométrique de la propagation des rayonnements optiques 732.3.1 La diffusion 742.3.2 La réflexion 752.3.3 L’absorption 752.3.4 Le bilan énergétique 762.3.5 Les aberrations optiques 772.4 Les mécanismes d’interaction 812.4.1 Les effets photochimiques (rayonnements laser et incohérents) 822.4.2 Les effets thermiques (rayonnements laser et incohérents) 842.4.3 L’effet photoablatif 862.4.4 Les effets disruptifs 872.5 Aspect énergétique et effets des rayonnements optiques892.5.1 Les effets sur la peau 892.5.2 Les effets sur l’œil 982.5.3 Les bases des limites d’exposition définies par les normes 113Bibliographie 117Chapitre 3 • Textes de référence 1273.1 Historique et organisations traitant de sécurité des ROA1273.1.1 Rayonnements cohérents (lasers) 1273.1.2 Rayonnements incohérents 1293.2 Textes de référence pour les utilisateurs d’appareils à laser 1313.2.1 Les textes réglementaires 1313.3 Textes de référence pour les fabricants d’appareils à laser 1433.3.1 Les textes réglementaires 1433.3.2 Les normes 1453.4 Calculs d’application des textes relatifs aux lasers 1603.4.1 Durée d’exposition 1603.4.2 Diaphragmes limites 1613.4.3 Angle apparent 1643.4.4 Les cas limites 1673.4.5 Effet des impulsions répétitives selon la directive 2006/25/CE 1693.4.6 Effets des impulsions répétitives selon la norme EN IEC 60825-1 1733.4.7 Source large bande ou multiraies 1783.5 Textes de référence pour les utilisateurs et fabricants d’appareils utilisant des sources incohérentes 1803.5.1 Les textes réglementaires 1803.5.2 Les normes 1863.6 Calculs d’application des textes relatifs aux sources incohérentes 1923.6.1 Exemple de calcul pour une lampe au Mercure 1923.6.2 Exemple de calcul pour seize diodes électroluminescentes blanches 1933.6.3 Exemple d’une lampe au Xénon 1953.6.4 Exemples d’application aux corps noirs 1963.7 Autres textes relatifs à la sécurité des ROA 1973.7.1 Normes verticales de sécurité laser 1973.7.2 Autres normes laser 199Bibliographie 200Chapitre 4 • Risques associés 2074.1 Introduction 2074.2 Risques d’exposition à des rayonnements connexes 2084.2.1 Les rayonnements optiques ultraviolets, visibles et infrarouges 2084.2.2 Les rayonnements ionisants parasites 2124.2.3 Les radiofréquences 2154.3 Risque électrique 2174.3.1 Les hautes tensions 2174.3.2 L’électricité statique 2194.4 Risque chimique 2194.4.1 La contamination de l’atmosphère 2194.4.2 Les risques spécifiques 2204.5 Risque incendie et thermique 2254.6 Risque lié à la cryogénie 2254.7 Risques dus à la toxicité des matériaux traités 2254.7.1 Les aérosols produits par les métaux 2274.7.2 Les aérosols produits par les plastiques. 2274.7.3 La réduction du risque 2284.8 Risques liés à l’ergonomie du poste de travail 2284.9 Risques liés à l’emploi de ROA en atmosphère explosive(ATEX) 228Bibliographie 230Chapitre 5 • Analyse de risques des ROA 2335.1 Principes généraux et références 2335.1.1 Différences entre les sources incohérentes et les lasers 2335.1.2 Références 2335.1.3 Définitions 2345.2 Méthode quantitative de type « AMDEC » 2375.2.1 Description de la méthodologie 2375.2.2 Estimation de l’occurrence 2405.2.3 Évaluation de la gravité 2485.2.4 Évaluation de la criticité C 2585.3 Approche probabiliste pour les applications laser en extérieur 2595.3.1 Introduction 2595.3.2 Éléments de base des modèles probabilistes 2605.3.3 Précautions pour l’application des modèles probabilistes 2645.4 Introduction aux exemples 2645.5 Exemple pour la conception d’un système laser (Méthode AMDEC) 2655.5.1 Description de l’application, des phases et des zones2655.5.2 Analyse de risque 2675.5.3 Réduction du risque 2695.6 Exemple dans le cas de traitement de matériaux par laser2695.6.1 Description de l’application, des phases et des zones2695.6.2 Évaluation des niveaux de risque 2715.6.3 Réduction du risque 2765.7 Exemple dans le cas d’instrumentation par laser en milieu industriel 2775.7.1 Description de l’application, des phases et des zones2775.7.2 Analyse de risque 2795.7.3 Réduction du risque 2805.8 Exemple d’utilisation d’un laser en laboratoire 2815.8.1 Description de l’application, des phases et des zones2815.8.2 Analyse de risque 2835.8.3 Réduction du risque 2855.9 Exemple d’utilisation de lasers en milieu médical 2865.9.1 Description de l’application, des phases et des zones2865.9.2 Définition des éléments de la chaîne de sécurité 2885.9.3 Synoptique de la chaîne de sécurité 2885.10 Exemple pour une source incohérente 2895.10.1 Description de l’application, des phases et des zones2895.10.2 Évaluation des niveaux de risque 2905.10.3 Mesures de prévention et de protection 290Bibliographie 291Chapitre 6 • Mesures de prévention 2936.1 Introduction 2936.2 Accès aux locaux et surveillance des zones 2946.2.1 Accès aux locaux (zones confinées) 2946.2.2 Surveillance des zones laser (zones non confinées) 2966.3 Organisation des zones laser 3006.3.1 Zone confinée 3006.3.2 Zone non confinée 3016.4 Procédures en phase d’utilisation normale 3076.4.1 Cas du laboratoire 3076.4.2 Cas de l’utilisation en extérieur 3126.4.3 Cas de l’utilisation dans une usine ou atelier 3136.4.4 Cas de l’utilisation en milieu médical 3136.4.5 Cas de l’utilisation en télécommunication 3146.5 Procédures en phase de réglages 3146.5.1 Cas du laboratoire 3146.5.2 Cas de l’utilisation en extérieur 3156.5.3 Cas de l’utilisation dans une usine ou atelier 3166.5.4 Cas de l’utilisation en milieu médical 3166.5.5 Cas de l’utilisation en télécommunication 3176.6 Formations et « habilitation » 3176.6.1 Sensibilisation laser ou PISL 3176.6.2 Sensibilisation aux risques présentés par les sources incohérentes 3186.6.3 « Habilitation laser » ou PERL 3186.6.4 « Habilitation ROA » 3196.6.5 Formations intermédiaires ou spécifiques 3196.6.6 Renouvellement de la formation 3206.7 Le responsable « sécurité laser » et la personne compétente 3206.7.1 La personne compétente (au sens de l’IEC 60825-14) 3206.7.2 Le Laser Safety Officer (LSO) ou le PCSL 3206.8 Tableaux récapitulatifs des recommandations deprévention 322Chapitre 7 • Moyens de protection 3257.1 Introduction 3257.2 Les équipements de protection collective passifs laser3267.2.1 Caractéristiques générales 3267.2.2 Panneaux opaques 3267.2.3 Panneaux transparents pour lasers 3327.2.4 Gainage des fibres 3327.3 Les équipements de protection collective passifs pour les sources incohérentes 3347.3.1 Protection contre les UV 3347.3.2 Protection contre les infrarouges 3357.3.3 Protection contre la lumière bleue 3367.4 Les équipements de protection collective actifs 3387.4.1 Protecteurs actifs (y compris les fibres optiques) 3387.4.2 Automates de sécurité 3407.5 L’obturation, l’atténuation et l’interruption de faisceau 3417.5.1 Objectifs de ces éléments de sécurité 3417.5.2 Obturateurs 3417.5.3 Atténuateurs 3427.5.4 Bloqueurs et pièges à lumière 3437.6 Les équipements de protection individuelle pour les lasers 3457.6.1 Les lunettes passives 3457.6.2 Les systèmes actifs de visualisation 3547.7 Les équipements de protection individuelle pour les sources incohérentes 3557.7.1 Les lunettes passives 3557.7.2 Les systèmes actifs de visualisation 360Bibliographie 361Chapitre 8 • Accidents 3638.1 Introduction 3638.2 La base de données 3638.3 Analyse des accidents recensés 3648.3.1 Les troubles dus au faisceau 3648.3.2 Les accidents en laboratoire 3658.3.3 Les accidents en milieu industriel 3668.3.4 Les accidents en extérieur 3678.4 Les protecteurs individuels 3688.5 Les dommages induits par les risques associés 3698.5.1 Les dommages d’origine électrique 3698.5.2 Les dommages d’origine chimique 3708.5.3 Le risque incendie 3708.5.4 Les dommages dus à la toxicité des matières produites3708.5.5 Les dommages créés par les rayonnements connexes 3708.5.6 Le risque lié au bruit 3718.6 Quelques exemples de situations accidentelles fréquentes3718.7 Relation entre la gravité des accidents et l’expérience professionnelle 3728.8 Conclusion 373Bibliographie 374Annexe A • Comparaison des LEA de classe 3B et des valeurs d’éclairement correspondant aux risques associés avec la classe 3B 375A.1 Comparaison pour le risque cutané 376A.2 Risque de réflexions diffuses 378A.3 Conclusions 380Annexe B • Comparaison des valeurs limites d’exposition pour les lasers et pour les sources incohérentes 381B.1 Méthodologie 382B.2 Résultats généraux 383B.3 Interprétation pour la partie UV 384B.4 Interprétation pour la partie visible 385B.5 Interprétation pour la partie infrarouge 386B.6 Conclusions 387Annexe C • Exemple de calculs pour les sources incohérentes de type « corps noirs » 389C.1 Méthodologie 389C.2 Lampes halogènes 390C.3 Plasma de réémission 392C.4 Pièces en fusion ou fours 394C.5 Émetteurs à ondes courtes et moyennes 395C.6 Le Soleil 397Acronymes 399Unités et symboles (tirés de la norme ISO 11145:2018) 401Glossaire 403