Mardi 15 Mars 2011 15: 24

Lasers

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Un laser est un appareil qui produit une énergie rayonnante électromagnétique cohérente dans le spectre optique allant de l'ultraviolet extrême à l'infrarouge lointain (submillimétrique). Le terme laser est en fait un acronyme pour Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement. Bien que le processus laser ait été théoriquement prédit par Albert Einstein en 1916, le premier laser réussi n'a été démontré qu'en 1960. Ces dernières années, les lasers ont trouvé leur chemin du laboratoire de recherche au milieu industriel, médical et de bureau ainsi que sur les chantiers de construction et même ménages. Dans de nombreuses applications, telles que les lecteurs de vidéodisques et les systèmes de communication par fibre optique, la sortie d'énergie rayonnante du laser est enfermée, l'utilisateur ne court aucun risque pour sa santé et la présence d'un laser intégré dans le produit peut ne pas être évidente pour l'utilisateur. Cependant, dans certaines applications médicales, industrielles ou de recherche, l'énergie rayonnante émise par le laser est accessible et peut présenter un danger potentiel pour les yeux et la peau.

Étant donné que le processus laser (parfois appelé «laser») peut produire un faisceau de rayonnement optique hautement collimaté (c'est-à-dire une énergie rayonnante ultraviolette, visible ou infrarouge), un laser peut présenter un danger à une distance considérable, contrairement à la plupart des dangers rencontrés. sur le lieu de travail. C'est peut-être cette caractéristique plus que toute autre qui a suscité des préoccupations particulières exprimées par les travailleurs et par les experts en santé et sécurité du travail. Néanmoins, les lasers peuvent être utilisés en toute sécurité lorsque des contrôles de danger appropriés sont appliqués. Des normes pour l'utilisation sécuritaire des lasers existent dans le monde entier, et la plupart sont « harmonisées » les unes avec les autres (ANSI 1993; IEC 1993). Toutes les normes utilisent un système de classification des dangers, qui regroupe les produits laser dans l'une des quatre grandes classes de danger en fonction de la puissance ou de l'énergie de sortie du laser et de sa capacité à causer des dommages. Des mesures de sécurité sont alors appliquées en fonction de la classification du danger (Cleuet et Mayer 1980 ; Duchene, Lakey et Repacholi 1991).

Les lasers fonctionnent à des longueurs d'onde discrètes, et bien que la plupart des lasers soient monochromatiques (émettant une longueur d'onde ou une seule couleur), il n'est pas rare qu'un laser émette plusieurs longueurs d'onde discrètes. Par exemple, le laser argon émet plusieurs raies différentes dans le spectre proche ultraviolet et visible, mais est généralement conçu pour émettre une seule raie verte (longueur d'onde) à 514.5 nm et/ou une raie bleue à 488 nm. Lorsque l'on considère les risques potentiels pour la santé, il est toujours crucial d'établir la ou les longueurs d'onde de sortie.

Tous les lasers ont trois blocs de construction fondamentaux :

  1. un milieu actif (solide, liquide ou gaz) qui définit les longueurs d'onde d'émission possibles
  2. une source d'énergie (par exemple, courant électrique, lampe à pompe ou réaction chimique)
  3. une cavité résonnante avec coupleur de sortie (généralement deux miroirs).

 

La plupart des systèmes laser pratiques en dehors du laboratoire de recherche ont également un système de livraison de faisceau, comme une fibre optique ou un bras articulé avec des miroirs pour diriger le faisceau vers un poste de travail, et des lentilles de focalisation pour concentrer le faisceau sur un matériau à souder, etc. Dans un laser, des atomes ou des molécules identiques sont amenés à un état excité par l'énergie délivrée par la lampe à pompe. Lorsque les atomes ou les molécules sont dans un état excité, un photon ("particule" d'énergie lumineuse) peut stimuler un atome ou une molécule excité pour émettre un deuxième photon de la même énergie (longueur d'onde) se déplaçant en phase (cohérent) et dans le même direction comme le photon stimulant. Ainsi, une amplification lumineuse d'un facteur deux a eu lieu. Ce même processus répété en cascade provoque l'élaboration d'un faisceau lumineux qui se réfléchit en aller-retour entre les miroirs de la cavité résonnante. L'un des miroirs étant partiellement transparent, une certaine énergie lumineuse sort de la cavité résonnante formant le faisceau laser émis. Bien qu'en pratique, les deux miroirs parallèles soient souvent incurvés pour produire une condition de résonance plus stable, le principe de base s'applique à tous les lasers.

Bien que plusieurs milliers de lignes laser différentes (c'est-à-dire des longueurs d'onde laser discrètes caractéristiques de différents milieux actifs) aient été démontrées dans le laboratoire de physique, seules une vingtaine ont été développées commercialement au point d'être couramment appliquées dans la technologie quotidienne. Des directives et des normes de sécurité laser ont été élaborées et publiées qui couvrent essentiellement toutes les longueurs d'onde du spectre optique afin de tenir compte des lignes laser actuellement connues et des futurs lasers.

Classification des risques laser

Les normes de sécurité laser actuelles à travers le monde suivent la pratique consistant à classer tous les produits laser en classes de danger. Généralement, le schéma suit un regroupement de quatre grandes classes de danger, 1 à 4. Les lasers de classe 1 ne peuvent pas émettre de rayonnement laser potentiellement dangereux et ne présentent aucun danger pour la santé. Les classes 2 à 4 présentent un danger croissant pour les yeux et la peau. Le système de classification est utile puisque des mesures de sécurité sont prescrites pour chaque classe de laser. Des mesures de sécurité plus strictes sont requises pour les classes les plus élevées.

La classe 1 est considérée comme un groupe « sans danger pour les yeux », sans risque. La plupart des lasers totalement fermés (par exemple, les enregistreurs laser à disque compact) sont de classe 1. Aucune mesure de sécurité n'est requise pour un laser de classe 1.

La classe 2 fait référence aux lasers visibles qui émettent une très faible puissance qui ne serait pas dangereuse même si toute la puissance du faisceau pénétrait dans l'œil humain et était focalisée sur la rétine. La réponse d'aversion naturelle de l'œil à la visualisation de sources lumineuses très brillantes protège l'œil contre les lésions rétiniennes si l'énergie pénétrant dans l'œil est insuffisante pour endommager la rétine dans le cadre de la réponse d'aversion. La réponse d'aversion est composée du réflexe de clignement (environ 0.16 à 0.18 seconde) et d'une rotation de l'œil et d'un mouvement de la tête lorsqu'il est exposé à une lumière aussi vive. Les normes de sécurité actuelles définissent de manière prudente la réponse d'aversion comme une durée de 0.25 seconde. Ainsi, les lasers de classe 2 ont une puissance de sortie de 1 milliwatt (mW) ou moins qui correspond à la limite d'exposition autorisée pendant 0.25 seconde. Des exemples de lasers de classe 2 sont les pointeurs laser et certains lasers d'alignement.

Certaines normes de sécurité intègrent également une sous-catégorie de classe 2, appelée « classe 2A ». Les lasers de classe 2A ne sont pas dangereux à regarder jusqu'à 1,000 16.7 s (2 min). La plupart des scanners laser utilisés dans les points de vente (caisses de supermarché) et les scanners d'inventaire sont de classe XNUMXA.

Les lasers de classe 3 présentent un danger pour les yeux, car la réponse d'aversion n'est pas suffisamment rapide pour limiter l'exposition rétinienne à un niveau momentanément sûr, et des dommages aux autres structures de l'œil (par exemple, la cornée et le cristallin) pourraient également avoir lieu. Les risques cutanés n'existent normalement pas pour une exposition accidentelle. Des exemples de lasers de classe 3 sont de nombreux lasers de recherche et télémètres laser militaires.

Une sous-catégorie spéciale de la classe 3 est appelée "classe 3A" (les autres lasers de classe 3 étant appelés "classe 3B"). Les lasers de classe 3A sont ceux dont la puissance de sortie est comprise entre une et cinq fois les limites d'émission accessibles (AEL) pour la classe 1 ou la classe 2, mais dont l'irradiance de sortie ne dépasse pas la limite d'exposition professionnelle pertinente pour la classe inférieure. Les exemples sont de nombreux instruments d'alignement laser et d'arpentage.

Les lasers de classe 4 peuvent présenter un risque potentiel d'incendie, un risque cutané important ou un risque de réflexion diffuse. Pratiquement tous les lasers chirurgicaux et les lasers de traitement des matériaux utilisés pour le soudage et le découpage sont de classe 4 s'ils ne sont pas fermés. Tous les lasers avec une puissance de sortie moyenne supérieure à 0.5 W sont de classe 4. Si une classe 3 ou 4 de puissance supérieure est totalement fermée de sorte que l'énergie rayonnante dangereuse n'est pas accessible, le système laser total peut être de classe 1. Le laser le plus dangereux à l'intérieur du l'enceinte est qualifiée de laser embarqué.

Limites d'exposition professionnelle

La Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP 1995) a publié des lignes directrices sur les limites d'exposition humaine aux rayonnements laser qui sont périodiquement mises à jour. Les limites d'exposition représentatives (EL) sont fournies dans le tableau 1 pour plusieurs lasers typiques. Pratiquement tous les faisceaux laser dépassent les limites d'exposition autorisées. Ainsi, dans la pratique, les limites d'exposition ne sont pas systématiquement utilisées pour déterminer les mesures de sécurité. Au lieu de cela, le schéma de classification laser - qui est basé sur les EL appliqués dans des conditions réalistes - est vraiment appliqué à cette fin.

Tableau 1. Limites d'exposition pour les lasers typiques

Type de laser

Longueur(s) d'onde principale(s)

Limite d'exposition

Fluorure d'argon

193 nm

3.0 mJ/cm2 plus de 8h

Chlorure de xénon

308 nm

40 mJ/cm2 plus de 8h

Ion argon

488, 514.5 nm

3.2 mW / cm2 pendant 0.1 s

Vapeur de cuivre

510, 578 nm

2.5 mW / cm2 pendant 0.25 s

Hélium-néon

632.8 nm

1.8 mW / cm2 pendant 10 s

Vapeur d'or

628 nm

1.0 mW / cm2 pendant 10 s

Ion krypton

568, 647 nm

1.0 mW / cm2 pendant 10 s

Néodyme-YAG

1,064 nm
1,334 nm

5.0 μJ/cm2 pour 1 ns à 50 μs
Pas d'EMT pour t <1 ns,
5 mW / cm2 pendant 10 s

Gaz carbonique

10–6 μm

100 mW / cm2 pendant 10 s

Monoxyde de carbone

≈5 μm

à 8 h, zone limitée
10 mW / cm2 pendant >10 s
pour la plupart du corps

Toutes les normes/directives ont des MPE à d'autres longueurs d'onde et durées d'exposition.

Remarque : Pour convertir les MPE en mW/cm2 en mJ/cm2, multiplier par le temps d'exposition t en secondes. Par exemple, l'EMT He-Ne ou Argon à 0.1 s est de 0.32 mJ/cm2.

Source : norme ANSI Z-136.1 (1993) ; ACGIH TLVs (1995) et Duchene, Lakey et Repacholi (1991).

Normes de sécurité laser

De nombreux pays ont publié des normes de sécurité laser, et la plupart sont harmonisées avec la norme internationale de la Commission électrotechnique internationale (CEI). La norme CEI 825-1 (1993) s'applique aux fabricants ; cependant, il fournit également des conseils de sécurité limités pour les utilisateurs. La classification des risques laser décrite ci-dessus doit être étiquetée sur tous les produits laser commerciaux. Une étiquette d'avertissement appropriée à la classe doit apparaître sur tous les produits des classes 2 à 4.

Mesures de sécurité

Le système de classification de la sécurité laser facilite grandement la détermination des mesures de sécurité appropriées. Les normes de sécurité laser et les codes de pratique exigent systématiquement l'utilisation de mesures de contrôle de plus en plus restrictives pour chaque classification supérieure.

En pratique, il est toujours plus souhaitable d'enfermer totalement le laser et le trajet du faisceau afin qu'aucun rayonnement laser potentiellement dangereux ne soit accessible. En d'autres termes, si seuls des produits laser de classe 1 sont utilisés sur le lieu de travail, une utilisation sûre est assurée. Cependant, dans de nombreuses situations, ce n'est tout simplement pas pratique et une formation des travailleurs à l'utilisation sûre et aux mesures de contrôle des risques est nécessaire.

À part la règle évidente de ne pas pointer un laser vers les yeux d'une personne, aucune mesure de contrôle n'est requise pour un produit laser de classe 2. Pour les lasers de classes supérieures, des mesures de sécurité sont clairement requises.

Si l'enceinte totale d'un laser de classe 3 ou 4 n'est pas réalisable, l'utilisation d'enceintes de faisceau (par exemple, tubes), de déflecteurs et de couvercles optiques peut pratiquement éliminer le risque d'exposition oculaire dangereuse dans la plupart des cas.

Lorsque les enceintes ne sont pas réalisables pour les lasers de classe 3 et 4, une zone contrôlée par laser avec entrée contrôlée doit être établie, et l'utilisation de protecteurs oculaires laser est généralement obligatoire dans la zone de danger nominal (NHZ) du faisceau laser. Bien que dans la plupart des laboratoires de recherche où des faisceaux laser collimatés sont utilisés, la NHZ englobe toute la zone contrôlée du laboratoire, pour les applications à faisceau focalisé, la NHZ peut être étonnamment limitée et ne pas englober toute la pièce.

Pour se prémunir contre une mauvaise utilisation et d'éventuelles actions dangereuses de la part d'utilisateurs de laser non autorisés, la clé de contrôle trouvée sur tous les produits laser fabriqués dans le commerce doit être utilisée.

La clé doit être sécurisée lorsque le laser n'est pas utilisé, si des personnes peuvent accéder au laser.

Des précautions particulières sont nécessaires lors de l'alignement laser et de la configuration initiale, car le risque de lésions oculaires graves est alors très élevé. Les travailleurs du laser doivent être formés aux pratiques sécuritaires avant la configuration et l'alignement du laser.

Les lunettes de protection laser ont été développées après que les limites d'exposition professionnelle aient été établies, et des spécifications ont été établies pour fournir les densités optiques (ou DO, une mesure logarithmique du facteur d'atténuation) qui seraient nécessaires en fonction de la longueur d'onde et de la durée d'exposition pour des lasers. Bien que des normes spécifiques pour la protection des yeux au laser existent en Europe, d'autres directives sont fournies aux États-Unis par l'American National Standards Institute sous les désignations ANSI Z136.1 et ANSI Z136.3.

Formation

Lors des enquêtes sur les accidents laser en laboratoire et en milieu industriel, un élément commun ressort : le manque de formation adéquate. La formation à la sécurité laser doit être à la fois appropriée et suffisante pour les opérations laser autour desquelles chaque employé travaillera. La formation doit être spécifique au type de laser et à la tâche à laquelle le travailleur est affecté.

Surveillance médicale

Les exigences en matière de surveillance médicale des travailleurs laser varient d'un pays à l'autre conformément aux réglementations locales en matière de médecine du travail. À une certaine époque, lorsque les lasers étaient confinés au laboratoire de recherche et que l'on savait peu de choses sur leurs effets biologiques, il était tout à fait typique que chaque travailleur au laser subisse périodiquement un examen ophtalmologique général approfondi avec photographie du fond d'œil (rétine) pour surveiller l'état de l'œil. . Cependant, au début des années 1970, cette pratique a été remise en question, car les résultats cliniques étaient presque toujours négatifs, et il est devenu clair que de tels examens ne pouvaient identifier que des lésions aiguës subjectivement détectables. Cela a conduit le groupe de travail de l'OMS sur les lasers, réuni à Don Leaghreigh, en Irlande, en 1975, à déconseiller de tels programmes de surveillance impliqués et à mettre l'accent sur les tests de la fonction visuelle. Depuis lors, la plupart des groupes nationaux de santé au travail ont continuellement réduit les exigences en matière d'examens médicaux. Aujourd'hui, des examens ophtalmologiques complets ne sont universellement requis qu'en cas de lésion oculaire au laser ou de surexposition suspectée, et un dépistage visuel avant le placement est généralement requis. Des examens supplémentaires peuvent être exigés dans certains pays.

Mesures laser

Contrairement à certains dangers sur le lieu de travail, il n'est généralement pas nécessaire d'effectuer des mesures pour la surveillance du lieu de travail des niveaux dangereux de rayonnement laser. En raison des dimensions de faisceau très confinées de la plupart des faisceaux laser, de la probabilité de modification des trajets du faisceau et de la difficulté et du coût des radiomètres laser, les normes de sécurité actuelles mettent l'accent sur les mesures de contrôle basées sur la classe de danger et non sur la mesure du lieu de travail (surveillance). Les mesures doivent être effectuées par le fabricant pour assurer la conformité aux normes de sécurité laser et la classification appropriée des risques. En effet, l'une des justifications originales de la classification des risques laser était liée à la grande difficulté d'effectuer des mesures appropriées pour l'évaluation des risques.

Conclusions

Bien que le laser soit relativement nouveau sur le lieu de travail, il devient rapidement omniprésent, tout comme les programmes concernés par la sécurité laser. Les clés d'une utilisation sûre des lasers sont d'abord de confiner l'énergie rayonnante du laser si possible, mais si ce n'est pas possible, de mettre en place des mesures de contrôle adéquates et de former tout le personnel travaillant avec des lasers.

 

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