sur la sécurité des lasers
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Sécurité laser: plan exposé • • • 1. historique 2. principe de fonctionnement 3. utilisations industrielles et de laboratoires • • • 4. risques 5. protections 6. méthode de mise en sécurité des installations • 7. Bibliographie Sécurité laser: 1. historique 1917: émission stimulée, Einstein 1960: laser à rubis, Maiman « Hughes Aircraft Cny » laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1962: laser à semi-conducteur, GE, IBM, MIT 1964: prix Nobel de physique, Townes, Prokhorov et Basov Sécurité laser: 2. Principe de fonctionnement • principe de fonctionnement d’un laser: 1. milieu optiquement actif capable de libérer de l’énergie par émission stimulée 2. excitation par pompage électrique, optique ou chimique 3. émission stimulée amplifiée dans cavité de résonance • modes de pompage: 1. électrique: décharge électrique dans un gaz 2. optique: tube à éclairs 3. chimique: réaction chimique entre deux substances Securite laser: 2. principe de fonctionnement Sécurité laser: 2. Principe de fonctionnement • caractéristiques physiques du laser: puissance (W) longueur d’onde démission (nm) mode d’émission: continu ou pulsé dimensions transversales du faisceau (mm) divergence du faisceau (mrad) Sécurité laser: 4. risques? • 4.1. risques électriques et électromagnétiques: -courants électriques sous quelques 100V voire 1000V pour le pompage optique ou électrique -attention aux alimentations électriques et leurs condensateurs associés à l’ouverture des coffrets • 4.2. risques de pollution chimique: dégradation thermique éventuelle -des matériaux à transformer par laser -des substances adhérant à la surface: revêtement anticorrosion, solvant de dégraissage… -des objets accidentels sur le parcours du faisceau laser • 4.3. risques sur la peau: peau ne supporte en permanence que quelques 0,1 W.cm-2 et quelques W.cm-2 fugitivement le rayonnement solaire par temps clair en été développe 0,14 W.cm-2 au delà de ces valeurs: -érythème, rougeur de la peau -phlyctène, ampoule ou cloque -lésions profondes des tissus sous-cutanés Sécurité laser: 4. risques? • 4.4 risques du rayonnement sur l’œil, risques essentiels dépendant: 4.4.1. des caractéristiques des lasers la puissance (W) la longueur d’onde d’émission (nm) : UV,visible ou IR le mode de l’émission: continu ou pulsé les dimensions transversales du faisceau (mm) la divergence du faisceau (mrad) 4.4.2. de la distance œil-laser 4.4.3. des propriétés optiques de l’œil: -transmission des milieux oculaires: . cornée, humeur aqueuse, cristallin et humeur vitrée transmettent bien les rayonnements visibles, moins bien IRA et absorbent considérablement les UVB,C ainsi que IRB,C . rétine absorbe fortement les rayonnements visibles Sécurité laser: 4. risques? 4.4. risques du rayonnement sur l’œil, risques essentiels dépendant: 4.4.3. des propriétés optiques de l’œil (suite): - influence du diamètre pupillaire: . le diamètre de la pupille varie de 2 à 7 mm de la lumière du jour à l’obscurité et modifie le flux lumineux reçu par la rétine dans un rapport de 1 à 12. . la contraction de la rétine peut être trop lente pour participer à la protection de la rétine. . les densités maximales d’énergie admissibles pour la rétine sont calculées en supposant la pupille complètement dilatée. - focalisation des rayonnements transmis à la rétine: . les rayonnements transmis à la rétine sont focalisés par le cristallin. . la densité de puissance ou d’énergie reçue peut être 5. 106 fois plus élevée au niveau de la rétine qu’ à celui de la cornée. Sécurité laser: 4. risques? UVC : 100-280 nm IRA : 780-1400 nm IRB UVB : 280-315 nm UVA : 315-400 nm visible 400-780 nm : 1400-3000 nm IRC : 3000-1.OOO.OOO nm 4.5 risques de lésions oculaires: 4.5.1. Dans les milieux transparents de l’œil les rayonnements peuvent provoquer: - les UVB,C une inflammation de la cornée et une conjonctivite (lasers excimères). - les UVA et les UVB compris entre 300 et 315 nm une cataracte -opacité du cristallin- , suite à une seule exposition dans le cas des UVB précités. - les IRB,C des brûlures de la cornée - les IRA,B entre 0,8 et 2 mm une cataracte en exposition prolongée et importante 4.5.2. Sur la rétine, particulièrement vulnérable entre 400-1400nm, les rayonnements peuvent provoquer: - un échauffement des tissus rétiniens, une brûlure puis une lésion des photorécepteurs, les cônes et les bâtonnets. - la lésion -souvent de dimension limitée- varie de la dépigmentation à l’hémorragie - la lésion est toujours irréversible, la fonction visuelle –à l’endroit de l’impact- est définitivement perdue. Sécurité laser: 4. risques? UVC : 100-280 nm IRA : 780-1400 nm IRB UVB : 280-315 nm UVA : 315-400 nm visible 400-780 nm : 1400-3000 nm IRC : 3000-1.OOO.OOO nm 4.6 valeurs limites d’exposition VLE pour la peau et l’oeil: • UV et IRB,C : VLE semblables pour la peau et l’œil • visible et IRA : VLE pour la peau élevées et indépendantes de la longueur d’onde • visible et IRA : VLE pour l’oeil faibles et dépendantes de la longueur d’onde • • pour la peau: tableau VI (1) pour l’œil: tableau V(1) (1) cahier de notes documentaires ND 2093-173-98 INRS Sécurité laser: 4. risques? 4.7. classification des appareils à laser suivant les risques: classe 1: lasers considérés comme sans danger dans toutes les conditions d’utilisation prévisibles. classe 2: lasers émettant un rayonnement visible - l entre 0,4 mm et 0,7 mm- et avec P < 1 mW. Le réflexe palpébral 0,25 s protège l’œil. classe 3A: P < 5 mW; lasers sans danger pour la vision à l’œil nu mais pouvant être dangereuse pour la vision avec des instruments d’optiques: jumelles, télescopes, microscopes… classe 3B: P < 0,5 W; lasers dont la vision directe est toujours dangereuse. vision de réflexions diffuses normalement sans danger. Classe 4: P> 0,5 W; lasers capables de produire des réflexions diffuses dangereuses causent dommages pour l’œil, la peau et constituent un danger d’incendie. précautions significatives à requérir. Sécurité laser: 5. Protections(1) (1) mesures nécessaires pour lasers des classes 3A, 3B et 4 5.1. dispositions de conception et de fabrication des appareils à lasers: • • mise en place de dispositifs de sécurité: capots de protection, atténuateur, commande à clef, avertisseur d’émission… fourniture d’une notice détaillée pour le montage, l’entretien et l’utilisation sans danger. 5.2. mesures de protection collectives : locaux d’exploitation • • • • • • laser dans local clos ou délimité: machine? recherche? chantiers? lidars? bon éclairage du local pour réduire la pupille de l’œil axe du faisceau laser en dehors des ouvertures du local sol libre d’obstacles éviter les réflexions et diffusions: vitres, meubles surfaces polies, peintures brillantes… éviter les impacts du faisceau sur matériaux inflammables: papier, bois, tissus, matières plastiques… Sécurité laser: 5. Protections(1) (1) mesures nécessaires pour lasers des classes 3A, 3B et 4 5.2. mesures de protection collectives : locaux d’exploitation (suite) : • signalisation de la zone d’émission avec des panneaux - arrêté ministériel 4/11/93 « signalisation de sécurité et de santé sur les lieux de travail » - nf x 08-003 « symboles graphiques et pictogrammes-couleurs et signaux de sécurité » 12/94 - nf en 60825-1 « classes de l’appareil à laser et consignes d’utilisation » Sécurité laser: 5. Protections(1) (1) mesures nécessaires pour lasers des classes 3A, 3B et 4 • 5.3. mesures de protection collectives: parcours du faisceau laser • hauteur du faisceau déterminée par papiers fluorescents pour UV, papier diffusant pour le visible et par plastique thermosensible pour IR et non par l’œil! • hauteur du faisceau différente de l’œil des manipulateurs debout ou assis • fixer de façon sérieuse la source laser et les éléments optiques associés pour éviter des propagations de faisceau non désirées • attention aux fenêtres de Brewster avec leurs réflexions dangereuses • les pièces métalliques à usiner ou non réfléchissent dangereusement • arrêter les parcours par des écrans supportant le faisceau: aluminium anodisé couleur foncée et mate pour le visible, plastiques pour IR > 5000nm et de faible puissance, verre pour UV <330 nm Sécurité laser: 5. Protections(1) (1) mesures nécessaires pour lasers des classes 3A, 3B et 4 5.4. mesures de protection collectives: exploitation • contrôle de l’espace où le rayonnement laser est dangereux et interdiction d’accès • réglage des lasers puissants avec atténuateur ou laser auxiliaire co-axial He-Ne • personnels ne portent pas d’objets réfléchissants • clef de contrôle enlevée du poste et détenue par personne qualifiée • commande d’arrêt d’urgence • système d’avertissement de l’émission laser par flash lumineux, par exemple Sécurité laser: 5. Protections(1) (1) mesures nécessaires pour lasers des classes 3A, 3B et 4 5.5. mesures de protection individuelles: la protection individuelle –lunettes ou gants- supplée une protection collective impossible à réaliser ou complète une protection collective. • gants de protection ininflammables, non tricotés P < qq. 10 W • lunettes de protection(2) si risque de réflexion spéculaire • • • • • • (2) directive marquées avec la gamme spectrale et la densité optique spécifiques pour une puissance maximale déterminée tiennent à une exposition de 10 s ou 100 impulsions évitent une pénétration latérale de la lumière laser assurent une bonne qualité visuelle avec transmission > 20% résistent au vieillissement par les UV, à la chaleur et à la chute sur sol dur et ininflammables européenne n° 89/686/CEE relative aux équipements de protection individuelle Sécurité laser: 6. mise en sécurité des installations Sécurité laser: 6. mise en sécurité des installations Sécurité laser: 6. mise en sécurité des installations Sécurité laser: 6. mise en sécurité des installations Sécurité laser: 6. mise en sécurité des installations laser CO2 classe 4 et he-ne classe 3B Sécurité laser: 6. Mise en sécurité des installations laser CO2 classe 4 et HE-NE classe 3B laser CO2 d’usinage de fibres optiques, 10 mm , 4 0 W laser He-Ne d’alignement , 632,8 nm, 10 mW faisceau laser CO2 focalisé à 150 mm formation des utilisateurs pendant un mois consignes: • fermeture du local pendant le fonctionnement du laser • mise en route par clef • port de lunettes optiques • visualisation de l’alignement du laser CO2 avec He-Ne
