Notions sur les règles d'hygiène et de sécurité relatives au soudage

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - identifier les principaux risques liés à la pollution atmosphérique et aux rayonnements de l’arc lors du soudage ; - expliquer les dangers provoqués par les projections de métal en fusion et par l’emploi du courant électrique ; - choisir et mettre en œuvre les équipements de protection individuelle (EPI) adaptés ; - réaliser les calculs de base nécessaires au dimensionnement d’un système d’extraction et à l’évaluation du courant de défaut ; - appliquer les procédures de mise à la terre, de vérification d’isolement et de prévention des risques électriques en atelier. **Prérequis** : - notions de base en électricité (tension, courant, résistance, loi d’Ohm) ; - connaissance des procédés de soudage à l’arc (SMAW, GMAW, GTAW) ; - notions de prévention des risques professionnels (port des EPI, hygiène de poste) ; - capacité à lire un schéma électrique simple et à interpréter une fiche de données de sécurité (FDS). --- ## Introduction Le soudage à l’arc est une opération courante dans les ateliers de fabrication mécanique au Cameroun, que ce soit pour la construction de structures métalliques, la réparation de véhicules ou la fabrication de pièces de machines. Bien que le procédé permette d’obtenir des assemblages résistants, il expose le soudeur à plusieurs catégories de dangers : polluants gazeux et particulaires émis par la fusion du métal, rayonnements électromagnétiques de l’arc, projections de métal en fusion et risques liés à l’utilisation du courant électrique (choc, brûlure, incendie). Une bonne maîtrise des règles d’hygiène et de sécurité permet non seulement de protéger la santé du travailleur, mais aussi d’assurer la qualité du soudage et la conformité aux normes nationales (arrêté n° 001/MINESEC du 12 janvier 2018 relatif à la prévention des risques en atelier technique) et internationales (ISO 9001, ISO 45001). Ce chapitre présente, de façon progressive, les risques liés à la pollution atmosphérique et aux rayonnements de l’arc (Leçon 14) puis ceux liés aux projections de métal en fusion et à l’emploi du courant électrique (Leçon 15). Chaque partie s’appuie sur des exemples concrets d’atelier camerounais, des tableaux récapitulatifs et des exercices d’application corrigés. --- ## I. Leçon 14 - Risques dûs à la pollution atmosphérique et aux rayonnements émis par l’arc ### A. Pollution atmosphérique lors du soudage Lors du soudage à l’arc, la chaleur intense provoque la vaporisation du métal d’apport, du métal de base et du revêtement de l’électrode. Les fumées générées contiennent : | Composant | Origine principale | Effet sur la santé | |-----------|-------------------|--------------------| | Oxydes de fer (Fe₂O₃, Fe₃O₄) | Métal de base | Irritation respiratoire, fibrose pulmonaire à long terme | | Oxydes de manganèse (MnO₂) | Électrodes à base de manganèse | Toxicité neurologique (syndrome parkinsonien) | | Fluorures (HF, SiF₄) | Enrobage des électrodes | Irritation des voies respiratoires, lésions osseuses | | Ozone (O₃) | Réaction de l’arc avec l’oxygène atmosphérique | Irritation oculaire et pulmonaire | | Gaz de protection (Ar, CO₂) | Gaz de protection (GMAW/GTAW) | Risque d'asphyxie en espace confiné si l'oxygène tombe en dessous de 19 % (c'est‑à‑dire lorsque la concentration du gaz de protection dépasse environ 81 %) | Le débit d’extraction nécessaire dépend du volume de fumées produit, qui peut être estimé à l’aide de la formule empirique : \[ Q = k \times I \times V \] où : - \(Q\) = débit d’extraction (m³/h) ; - \(k\) = coefficient d’émission (≈ 0,0005 m³/(A·V·h) pour le soudage à l’arc avec électrode enrobée) ; - \(I\) = intensité de soudage (A) ; - \(V\) = tension d’arc (V). > **> Règle à retenir** : Dans un atelier fermé, le débit d’extraction doit être au moins égal à 1,5 fois le débit théorique calculé pour garantir une dilution suffisante des contaminants. ### B. Rayonnements de l’arc L’arc électrique émet un spectre large de rayonnements électromagnétiques : - **Rayonnement ultraviolet (UV)** : longueur d’onde 100‑400 nm, responsable de la conjonctivite (« œil de soudeur ») et de brûlures cutanées. - **Rayonnement infrarouge (IR)** : longueur d’onde 700 nm‑1 mm, provoque une hausse de la température cutanée et des lésions thermiques. - **Lumière visible** : intensité élevée pouvant causer une fatigue visuelle et des troubles de l’accommodation. La puissance rayonnée (\(P_{rad}\)) peut être approximée par : \[ P_{rad} = \eta \times U \times I \] où \(\eta\) est le facteur de conversion (≈ 0,3 pour un arc à électrode enrobée), \(U\) la tension d’arc et \(I\) le courant de soudage. > **> Règle à retenir** : Le port d’un casque de soudage avec filtre adapté (teinte 10‑13 pour le soudage à l’arc) est obligatoire ; il doit être vérifié avant chaque utilisation (absence de fissures, teinte conforme). ### C. Mesures de prévention 1. **Ventilation locale** : installation d’une hotte d’aspiration placée à 15‑20 cm du point de soudage, avec un débit d’au moins 5 m³/h pour une intensité de 200 A (à ajuster selon le calcul \(Q = k I U\) avec facteur de sécurité 1,5). 2. **Protection respiratoire** : masque à filtre P2 ou demi‑masque avec cartouche anti‑gaz lorsqu’une ventilation adéquate ne peut être assurée. 3. **Protection oculaire et cutanée** : casque de soudage, lunettes de protection sous le casque, gants en cuir résistants à la chaleur, tablier en cuir ou en tissu ignifugé. 4. **Surveillance de l’air** : mesure périodique des concentrations de particules et de gaz (ex. : appareil de mesure de poussières respirables) selon le plan de prévention de l’établissement. ### D. Exemple chiffré : calcul du débit d’extraction nécessaire Un soudeur travaille à l’arc avec une électrode enrobée, intensité \(I = 250\) A, tension d’arc \(U = 30\) V. 1. Calcul du débit théorique : \[ Q_{th} = k \times I \times U = 0,0005 \times 250 \times 30 = 3,75 \text{ m³/h} \] 2. Application du facteur de sécurité (1,5) : \[ Q_{req} = 1,5 \times Q_{th} = 1,5 \times 3,75 = 5,63 \text{ m³/h} \] **Conclusion** : Une hotte d’extraction d’un débit minimal de 6 m³/h (arrondi à la valeur commerciale supérieure) doit être installée. --- ## II. Leçon 15 - Risques dûs aux projections du métal en fusion et à l’emploi du courant électrique ### A. Projections de métal en fusion Lors du soudage, des gouttelettes de métal en fusion peuvent être expulsées du bain de soudure sous l’effet des forces électromagnétiques de l’arc et du gaz de protection. Ces projections, appelées « projections » ou « spatules », présentent les risques suivants : - **Brûlures cutanées** : température du métal > 1500 °C, contact même bref provoque des lésions du second degré. - **Lésions oculaires** : impact à grande vitesse peut provoquer une perforation de la cornée. - **Incendie** : projection sur des matériaux combustibles (chiffons, solvants, bois) pouvant déclencher un feu. > **> Règle à retenir** : Le soudeur doit toujours porter un tablier en cuir épais (minimum 1,5 mm) et des manches longues en tissu ignifugé pour se protéger des projections. ### B. Risques électriques Le soudage à l’arc utilise des courants élevés (typiquement 80‑300 A) à basse tension (10‑40 V). Malgré la basse tension, les risques restent réels : | Risque | Mécanisme | Conséquence possible | |--------|-----------|----------------------| | Choc électrique | Passage du courant à travers le corps (chemin main‑main ou main‑pied) | Fibrillation ventriculaire, arrêt cardiaque | | Brûlure électrique | Effet Joule au point de contact (résistance cutanée élevée) | Lésion tissulaire profonde, nécrose | | Arc électrique (court‑circuit) | Ionisation de l’air entre deux conducteurs sous tension | Explosion, projection de métal en fusion, incendie | | Défaillance d’isolement | Détérioration de l’enveloppe isolante du câble ou de l’électrode | Courant de fuite, risque de choc indirect | La tension de contact dangereuse pour le corps humain est généralement considérée comme supérieure à 50 V en courant alternatif (CA) et 120 V en courant continu (CC). En soudage, la tension d’arc est bien inférieure, mais la présence de capacités parasites et de point de mise à la terre insuffisante peut créer des tensions de contact dangereuses. ### C. Équipements de protection individuelle (EPI) spécifiques - **Gants isolants** : cuir épais avec doublure en coton, résistance diélectrique ≥ 500 V. - **Chaussures de sécurité** : embout acier, semelle anti‑perforation, résistance isolante ≥ 100 kΩ (chaussures de protection contre les risques électriques). - **Casque de soudage** : filtre auto‑obscurcissant, temps de réponse < 0,1 ms, teinte réglable. - **Protection auditive** : bouchons d’oreille ou casque anti‑bruit lorsque le niveau sonore dépasse 85 dB(A) (frequent lors du soudage à l’arc avec électrode enrobée). > **> Règle à retenir** : Avant chaque utilisation, vérifier l’intégrité des gants et des chaussures (pas de coupures, d’usure excessive, pas d’humidité) ; un équipement endommagé doit être remplacé immédiatement. ### D. Procédures de mise à la terre et de vérification d’isolement 1. **Mise à la terre de la pièce à souder** : connecter la pièce à une barre de terre via un câble de cuivre de section minimale 16 mm², résistance de terre < 1 Ω. 2. **Vérification de l’isolement du poste de soudage** : utiliser un mégohmmètre (test à 500 V) entre le porte‑électrode et la masse ; valeur attendue > 1 MΩ. 3. **Test de continuité du circuit de masse** : mesurer la résistance entre la pince de masse et la pièce ; doit être < 0,1 Ω. 4. **Verrouillage / étiquetage (LOTO)** : lors de la maintenance du poste, couper l’alimentation, appliquer un cadenas et une étiquette « Ne pas mettre sous tension ». > **> Règle à retenir** : La résistance de terre d’un poste de soudage ne doit jamais dépasser 1 Ω ; une valeur supérieure indique un mauvais contact ou une corrosion de la prise de terre. ### E. Exemple chiffré : calcul du courant de défaut dans une pièce à souder Considérons une pièce métallique de masse mise à la terre via un câble de section 25 mm² (résistivité du cuivre ρ = 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m). Longueur du câble de terre : 15 m. 1. Résistance du câble de terre : \[ R = \rho \frac{L}{S} = 1,68\times10^{-8} \times \frac{15}{25\times10^{-6}} = 0,01008 \;\Omega \] 2. Supposons une tension de défaut accidentelle de 230 V (tension du réseau) apparaissant entre la pièce et la terre à cause d’une dégradation d’isolement. Le courant de défaut serait : \[ I_{def} = \frac{U}{R} = \frac{230}{0,01008} \approx 22\,800 \;\text{A} \] Cette valeur montre l’importance d’un disjoncteur de protection adapté (ex. : disjoncteur différentiel 30 mA, coupure < 0,2 s) pour limiter l’énergie libérée. > **> Règle à retenir** : Un disjoncteur différentiel de 30 mA doit être installé en amont du poste de soudage afin de couper le courant dès qu’un défaut d’isolement crée un courant de fuite supérieur à ce seuil. --- ## III. Synthèse du chapitre - **Pollution atmosphérique** : fumées contenant oxydes de fer, manganèse, fluorures, ozone ; débit d’extraction calculé par \(Q = k I U\) avec facteur de sécurité 1,5. - **Rayonnements de l’arc** : UV, IR, lumière visible ; port obligatoire d’un casque de soudage teinte 10‑13 et vérification avant chaque usage. - **Projections de métal en fusion** : risques de brûlures, lésions oculaires, incendie ; protection par tablier cuir épais, manches ignifuges, lunettes de sécurité. - **Risques électriques** : choc, brûlure, arc électrique, défaut d’isolement ; prévention par mise à la terre (< 1 Ω), vérification d’isolement (> 1 MΩ), EPI isolants, disjoncteur différentiel 30 mA. - **Procédures de sécurité** : ventilation locale, protection respiratoire, contrôle de l’air, LOTO, entretien régulier des EPI. - **Exemples chiffrés** : débit d’extraction nécessaire (≈ 6 m³/h pour I=250 A, U=30 V) ; courant de défaut possible (> 20 kA) illustrant la nécessité d’une protection différentielle efficace. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | **Arc électrique** | décharge lumineuse entre deux électrodes sous tension, source de chaleur pour le soudage. | | **Fumées de soudage** | mélange de particules solides et de gaz produits par la vaporisation du métal et des revêtements lors du soudage. | | **Débit d’extraction (Q)** | volume d’air évacué par heure d’une hotte d’aspiration, exprimé en m³/h. | | **Coefficient d’émission (k)** | constante empirique reliant le courant et la tension d’arc au débit de fumées généré. | | **Rayonnement ultraviolet (UV)** | partie du spectre électromagnétique de longueur d’onde 100‑400 nm, nocive pour les yeux et la peau. | | **Teinte du filtre** | indice d’obscurcissement du verre d’un casque de soudage, fonction de l’intensité de l’arc. | | **Projection de métal** | gouttelettes de métal en fusion expulsées du bain de soudure sous l’effet des forces électromagnétiques. | | **Mise à la terre** | connexion conductrice d’une pièce métallique à la terre pour limiter les tensions de contact. | | **Résistance de terre (Rₜ)** | mesure de l’efficacité de la connexion à la terre; doit être < 1 Ω en poste de soudage. | | **Disjoncteur différentiel** | dispositif de protection qui coupe le courant lorsqu’un défaut d’isolement crée un courant de fuite supérieur à son seuil (souvent 30 mA). | | **Mégohmmètre** | appareil permettant de mesurer des résistances élevées (megaohms) pour tester l’isolement. | | **LOTO (Lock‑Out/Tag‑Out)** | procédure de verrouillage et d’étiquetage pour garantir la mise hors tension lors d’interventions de maintenance. | | **EPI (Équipement de Protection Individuelle)** | ensemble d’équipements portés par le travailleur pour se protéger contre les risques spécifiques d’un poste. | | **Tension d’arc (U)** | différence de potentiel maintenue entre l’électrode et la pièce pendant le soudage, généralement 10‑40 V. | | **Intensité de soudage (I)** | courant traversant l’arc, exprimé en ampères (A). | --- ## Exercices d’application corrigés ### Exercice 1 – Dimensionnement d’une hotte d’extraction Un atelier de soudage utilise un poste MIG avec une intensité moyenne de 180 A et une tension d’arc de 28 V. Le coefficient d’émission pour le fil fourré est \(k = 0,0004\) m³/(A·V·h). **Question** : Calculer le débit d’extraction théorique et le débit recommandé (facteur de sécurité 1,5). **Corrigé** : \[ Q_{th}=k I U = 0,0004 \times 180 \times 28 = 2,016 \text{ m³/h} \] \[ Q_{rec}=1,5 \times Q_{th}=1,5 \times 2,016 = 3,024 \text{ m³/h} \] **Réponse** : débit théorique ≈ 2,0 m³/h ; débit recommandé ≈ 3,0 m³/h (on choisira une hotte de 3,5 m³/h disponible dans le commerce). ### Exercice 2 – Vérification de l’isolement d’un poste de soudage Lors du contrôle périodique, un mégohmmètre indique une résistance de 0,8 MΩ entre le porte‑électrode et la masse. La norme exige une résistance d’isolement supérieure à 1 MΩ. **Question** : Quelle action doit être entreprise ? **Corrigé** : La mesure montre une insuffisance d’isolement. Il faut : 1. couper l’alimentation du poste ; 2. inspecter le porte‑électrode, le câble d’alimentation et les connexions pour détecter traces d’humidité, de dépôts de métal ou de dégradation de l’isolant ; 3. remplacer les pièces endommagées ; 4. refaire la mesure ; si elle reste < 1 MΩ, envisager le remplacement complet du poste. ### Exercice 3 – Courant de défaut dans un câble de terre trop fin Un câble de terre de section 10 mm² et longueur 20 m relie une pièce à la terre. La résistivité du cuivre est \(ρ = 1,68×10^{-8}\) Ω·m. Une tension de défaut de 230 V apparaît accidentellement entre la pièce et la terre. **Question** : Calculer la résistance du câble de terre et le courant de défaut résultant. **Corrigé** : \[ R = ρ \frac{L}{S} = 1,68×10^{-8} \times \frac{20}{10×10^{-6}} = 0,0336 \;\Omega \] \[ I_{def} = \frac{U}{R} = \frac{230}{0,0336} ≈ 6 845 \;\text{A} \] **Réponse** : résistance ≈ 0,034 Ω ; courant de défaut ≈ 6,8 kA, démontrant la nécessité d’utiliser une section de terre adéquate (≥ 16 mm²) et un disjoncteur de protection rapide. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de sécurité à appliquer | |----|------------------|-------------|------------------------------| | 1 | Souder sans casque ou avec un filtre trop clair | Brûlure cornéenne (« œil de soudeur »), conjonctivite aiguë | Toujours vérifier la teinte du filtre (10‑13 pour soudage à l’arc) avant chaque utilisation ; remplacer le filtre si rayé ou fissuré. | | 2 | Utiliser une hotte d’extraction sous-dimensionnée ou éteinte | Accumulation de fumées, dépassement des VLEP (Valeurs Limites d’Exposition Professionnelle) | Mesurer le débit d’extraction avec un anémomètre ; s’assurer qu’il atteint au moins 1,5 × Qth ; mettre en marche la hotte avant de commencer le soudage. | | 3 | Négliger la vérification de l’isolement avec un mégohmmètre | Risque de choc électrique indirect, déclenchement d’un disjoncteur différentiel à répétition | Effectuer le test d’isolement avant chaque poste de travail ; si < 1 MΩ, réparer ou remplacer le câble/porte‑électrode. | | 4 | Porter des gants usés ou percés lors du soudage | Brûlures cutanées par projection de métal en fusion, risque de choc si le gant devient conducteur | Inspecter les gants avant chaque utilisation ; remplacer immédiatement tout gant présentant une coupure, une usure importante ou une humidité. | | 5 | Oublier de mettre à la terre la pièce à souder | Tension de contact dangereuse pouvant provoquer un choc ou un arc de défaut | Relier systématiquement la pièce à une barre de terre avec un câble de section appropriée ; vérifier la résistance de terre (< 1 Ω) avec un ohmmètre. | | 6 | Utiliser un disjoncteur de protection inadapté (ex. : disjoncteur thermique uniquement) | Non‑coupure rapide lors d’un défaut d’isolement, exposition prolongée à un courant de fuite | Installer un disjoncteur différentiel de 30 mA en tête du circuit de soudage ; tester son fonctionnement mensuellement avec le bouton de test. | --- *Fin du cours.*