avril 2014 ED 4213 CHAMPS ÉLECTROMAGNÉTIQUES Les équipements de chauffage industriels par micro-ondes Généralités champ est alternatif, les molécules s’orientent en suivant la polarité du champ excitateur. L’histoire attribue la découverte du chauffage par micro-ondes à P. Spencer, dans les années quarante, qui travaillait sur des radars. Il s’est aperçu que, lorsqu’il était à proximité d’un radar en fonctionnement, une barre de chocolat avait fondu dans une poche de sa blouse. Si un ensemble de molécules de ce type, très proches les unes des autres, est soumis à un champ électrique de fréquence adaptée, il se produit des chocs et frottements intermoléculaires qui provoquent un échauffement de la matière. Ce mécanisme est connu sous le nom de chauffage par pertes diélectriques. Lorsqu’une molécule polaire comme la molécule d’eau est soumise à un champ électrique, elle s’oriente parallèlement à celui-ci. Si ce phénomène. La fréquence ISM (industrielle, scientifique, médicale) utilisée pour les applications communément appelées « micro-ondes » est de 2,45 GHz. Il existe aussi des procédés industriels fonctionnant à la fréquence de 915 MHz. La fréquence du champ électrique émis doit être suffisamment élevée pour induire ce ED 4213 Champs électromagnétiques 1 Principe de fonctionnement Dans les appareils de chauffage par microondes (figure 1), le champ électrique généré par le magnétron (figure 2) est généralement conduit par un guide d’ondes vers une enceinte dans laquelle est placé un brasseur d’ondes. Ce dernier favorise les réflexions sur les parois, ce qui permet l’homogénéisation du champ électrique dans l’enceinte du four. Les équipements micro-ondes sont le plus souvent soit des enceintes fermées en matériaux conducteurs, soit des tunnels. Les fuites du champ électrique vers l’extérieur sont limitées par conception des appareils (joints conducteurs sur les ouvertures, grillage métallique sur les vitres…). Applications L’utilisation du chauffage par micro-ondes trouve son intérêt lorsqu’il s’agit de : ■■chauffer un matériau non métallique ; ■■diminuer le temps de traitement des matériaux épais, contenant des molécules d’eau et de faible conductivité thermique. Compte tenu de son coût, ce procédé est utilisé pour des produits finaux à forte valeur ajoutée. À traitement équivalent, il est en effet moins consommateur d’énergie. Outre son utilisation domestique, le chauffage par micro-ondes est particulièrement utilisé par les industries agroalimentaires lorsqu’il s’agit de décongeler, cuire ou réaliser le traitement thermique de denrées comestibles (viandes, poissons, plats cuisinés boulangerie-pâtisserie). Les activités industrielles non alimentaires utilisant cette technique sont multiples. On peut citer : ■■la vulcanisation de pièces en caoutchouc ; ■■le séchage de murs dans le BTP ; ■■le séchage de peinture ou vernis dans le secteur de la menuiserie, l’ameublement, de peaux dans les tanneries… Les micro-ondes sont également utilisées dans des procédés de déshydratation, enduction, formage, polymérisation, stérilisation… Risques pour l’homme Exposition aux champs électromagnétiques Le corps humain, composé majoritairement d’eau, subit un échauffement lorsqu’il est exposé à un champ électrique de fréquence supérieure à une centaine de kHz. À la fréquence micro-ondes (2,45 GHz) et compte tenu des puissances mises en jeu (plusieurs kilowatts), les conséquences sur la santé peuvent être graves en cas de surexposition (brûlures importantes). 2 Champs électromagnétiques ED 4213 La surexposition peut survenir en cas de défauts d’étanchéité de l’enceinte, de défaillances des dispositifs de sécurité (ouverture des portes par exemple). Le personnel de maintenance peut être exposé lors de ses interventions. Quel que soit le blindage, un champ résiduel est toujours présent à proximité des installations micro-ondes en fonctionnement. Celui-ci varie en fonction des conditions de charge et de l’état d’avancement dans le cycle de chauffage. Ce champ résiduel diminue rapidement avec l’éloignement. Pour certaines applications (séchage de bois), le champ électrique non confiné peut conduire à des expositions importantes pour toute personne placée dans l’environnement de la source. Compatibilité électromagnétique avec les implants Il existe un risque de dysfonctionnement des implants actifs tels que les stimulateurs cardiaques, les défibrillateurs, les prothèses auditives, les pompes à insuline, en raison des interférences possibles avec un champ électromagnétique, même si l’intensité de ce champ est inférieure aux valeurs réglementaires relatives aux effets sur la santé (voir fiche de la même collection ED 4206). Autres risques Notons en particulier qu’il existe un risque électrique important car la tension d’alimentation d’un magnétron est de plusieurs milliers de volts. Les produits chauffés peuvent émettre des gaz ou des agents chimiques toxiques et être sources de brûlures. Valeurs déclenchant l’action La directive européenne 2013/35/UE du 26 juin 2013 concernant l’exposition des travailleurs aux champs électromagnétiques définit des valeurs mesurables de l’intensité du champ électromagnétique appelées valeurs déclenchant l’action. En cas de dépassement, il convient de mettre en œuvre un plan de prévention de façon à réduire l’exposition en dessous de celles-ci. Les valeurs déclenchant l’action concernant l’exposition aux rayonnements micro-ondes sont : Gamme de fréquences f Intensité de champ électrique E (V/m) 400-2 000 MHz 3.10 –3 f 1/2 2-6 GHz 140 f est la fréquence exprimée en Hz. Mesurages et moyens de prévention La directive prévoit une évaluation de l’exposition au poste de travail. Celle-ci peut être effectuée par des mesurages dont les résultats sont comparés aux valeurs déclenchant l’action. Les équipements micro-ondes génèrent des champs électromagnétiques dont la composante du champ électrique prédomine. La seule mesure de l’intensité du champ électrique permet de caractériser l’exposition d’un opérateur ou les fuites de la machine. L’intensité de ce champ va dépendre du procédé (enceinte fermée ou non) et de la distance par rapport à la source. Pour les activités de type four avec une enceinte fermée, les mesures de champs en situation réelle donnent des valeurs au poste de travail faibles par rapport aux valeurs déclenchant l’action. Pour ces installations, il convient de vérifier le bon état des dispositifs de protection et d’assurer une maintenance régulière. Notons que les joints de portes des enceintes sont des pièces d’usure relativement fragiles. Une recherche de fuites est réalisée par des mesurages à proximité de l’enceinte et de préférence en fin de cycle de chauffage. C’est par exemple le cas des fours de cuisson intégrés dans une ligne de convoyage, des fuites de champs peuvent être présentes aux entrées/ sorties du four. Lorsqu’il n’existe pas de blindage ou pour des utilisations sans enceinte, une évaluation du champ doit être faite au poste de travail, et si besoin un périmètre de sécurité doit être mis en place ainsi qu’une signalétique appropriée pour prévenir les personnes passant à proximité. Figure 1. Schéma de principe d’un four à micro-ondes Le magnétron est un tube à vide sans grille d’arrêt, avec une cathode centrale, chauffée par un filament, et une anode massique et concentrique dans laquelle sont creusées plusieurs cavités résonnantes. On trouve aussi deux aimants permanents à chaque extrémité du tube, pour créer un champ magnétique axial. Le parcours en spirale (du fait du champ magnétique) des électrons se fait à une fréquence accordée aux cavités résonnantes. Le magnétron est un dispositif auto-oscillant. Les puissances disponibles sont de l’ordre de quelques kW. Figure 2. Principe du magnétron ED 4213 Champs électromagnétiques 3 Pour en savoir plus ■■ Guide pour l’établissement de limites d’exposition aux champs électriques, magnétiques et électromagnétiques. Champs alternatifs (de fréquence variable dans le temps, jusqu’à 300 GHz), INRS, ND 2143. Cette note documentaire n’est disponible qu’en PDF sur www.inrs.fr et www.hst.fr. ■■ Fiches de la collection « Champs électromagnétiques », INRS, ED 4200 et suivantes. Particulièrement : –Généralités sur les rayonnements non ionisants jusqu’à 300 GHz, ED 4201. – Les effets des rayonnements non ionisants sur l’homme, ED 4203. – Les stimulateurs cardiaques, ED 4206. ■■ Directive européenne 2013/35/UE du Parlement européen et du Conseil du 26 juin 2013 concernant les prescriptions minimales de sécurité et de santé relatives à l’exposition des travailleurs aux risques physiques (champs électromagnétiques). ■■ Exposition des travailleurs aux risques dus aux champs électromagnétiques. Guide d’évaluation des risques, INRS, ED 6136. Référents : Groupe RNI Carsat-Cram/INRS Ch. Bisseriex, Carsat Auvergne ■ P. Laurent, Carsat Centre-Ouest ■ N. Sierra, Carsat LanguedocRoussillon ■ C. Bonnet, J. Fortuné, Carsat Centre ■ E. Marteau, Cram Île-de-France ■ G. Le Berre, Carsat Bretagne ■ S. Tirlemont, Carsat Nord-Picardie ■ H. Castro, Carsat Midi-Pyrénées ■ A. Becker, Ph. Demaret, M. Donati, INRS Lorraine ■ P. Moureaux, INRS Paris Contacts : Ph. Demaret, INRS : 03 83 50 85 32 P. Moureaux, INRS : 01 40 44 31 09 Services Prévention des Carsat, Cramif et CGSS Institut national de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles 65, boulevard Richard-Lenoir 75011 Paris Tél. 01 40 44 30 00 www.inrs.fr e-mail : [email protected] • 4 Champs électromagnétiques ED 4213 • • 1re édition • avril 2014 • 2 000 ex. • Mise en pages : Yuruga • Schémas : Atelier F. Causse