Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2015
Langue
Français
Résumé
L’exposition des travailleurs aux solvants, ou plus largement aux vapeurs organiques, doit être maîtrisée sinon maintenue en deçà des valeurs limites réglementaires. Lorsque l’ensemble des mesures administratives, d’ingénierie et de protection collective ne permet pas d’atteindre des niveaux d’exposition sans danger pour la santé, les travailleurs concernés doivent être équipés d’appareils de protection respiratoire (APR). En l’absence de situations de danger immédiat pour la vie et la santé (DIVS), les APR équipés de cartouches de filtration à base de charbon activé sont utilisés contre les vapeurs organiques. Se pose alors la question du temps de service de ces cartouches. Parmi les options disponibles pour y répondre, celle visant à mettre en œuvre des modèles prédictifs des temps de claquage est la plus utilisée.
Ainsi, l’objectif de ce projet consistait en la mise à jour de Saturisk, l’outil en ligne offert par l’Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) pour calculer le temps de service des cartouches pour les vapeurs organiques. Cette mise à jour visait notamment à intégrer un éventail plus large de cartouches et de solvants à Saturisk.. En parallèle, le développement d’un système expérimental basé sur la miniaturisation des cartouches a été réalisé pour vérifier, dans des conditions contrôlées, les temps de service prédits par le modèle.
Le modèle de Wood a été choisi pour effectuer le calcul des temps de service. Les propriétés des charbons (volume microporeux, facteur de structure) ont pu être déterminées en utilisant trois approches expérimentales différentes, c.-à-d. l’adsorption de solvants sur cartouches réelles, l’adsorption de solvants sur minicartouches et, la plus classique, l’adsorption d’argon. La comparaison des résultats expérimentaux et des résultats calculés par le modèle montre que, de manière générale, les temps de service ou temps de claquage 10 %, sont sous-estimés de manière quasi systématique par le modèle (0-20 % environ). Cela représente un facteur de sécurité supplémentaire dans l’utilisation de cet outil pour établir la séquence de remplacement des cartouches dans un programme de protection respiratoire.
C’est l’adsorption de solvants sur cartouches réelles qui fournit les valeurs de volume microporeux et de facteur de structure avec lesquelles le modèle est le plus juste. Un nombre accru d’expérimentations permettrait de s’assurer statistiquement de cette conclusion, car les volumes microporeux et les facteurs de structure obtenus par les deux autres méthodes mènent également à des estimations acceptables des temps de service.
Le taux d’adsorption, une variable du modèle de Wood, a été déterminé selon deux méthodes empiriques de calcul. Bien que la méthode de Wu semble globalement améliorer la justesse du modèle, son utilisation dans la routine se heurte à l’absence de données bibliographiques concernant la constante diélectrique des vapeurs organiques. C’est donc la méthode de Wood-Stampfer qui a été retenue.
La miniaturisation des cartouches pour réaliser les tests de claquage s’est avérée prometteuse. Tant pour déterminer les volumes microporeux et facteurs de structure des charbons, que pour vérifier les données calculées par le modèle, les résultats sont encourageants : les temps de claquage 10 % mesurés expérimentalement pour les cartouches réelles et les minicartouches sont fortement corrélés. Il subsiste cependant des améliorations à apporter dans les hypothèses de transposition réelles-mini, pour parvenir à une meilleure adéquation entre ces deux types de cartouche dans l’allure des courbes de claquage.
En le mettant à jour, l’utilitaire Saturisk pourra donc calculer les temps de service à partir d’une base de données de 167 vapeurs organiques, puisées à même l’annexe 1 du Règlement sur la santé et la sécurité du travail, et de 11 cartouches provenant de sept manufacturiers autorisés à vendre leurs produits sur le territoire québécois. Des rappels réglementaires spécifiques à certaines vapeurs organiques et aux conditions d’utilisation d’APR, ainsi que des limitations liées à l’utilisation de modèles seront fournis pour permettre d’exercer le meilleur jugement sur les temps de service calculés par Saturisk.
Abstract
Worker exposure to solvents, or more broadly to organic vapours, must be controlled or even kept below regulatory limits. When administrative, engineering and collective protection measures are insufficient to achieve safe exposure levels, workers must be equipped with respiratory protective devices (RPDs). In the absence of situations immediately dangerous to life and health (IDLH), RPDs with activated charcoal-based filter cartridges are used to protect against organic vapours. The question that then arises is: what is the service life of these cartridges? Among the options available for responding, implementing predictive models of breakdown times is the most used.
The objective of this project was to update Saturisk, an online tool provided by the Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) to calculate the service life of organic vapour cartridges. The update was primarily intended to incorporate a broader range of cartridges and solvents into Saturisk. Concurrently, an experimental system based on cartridge miniaturization was developed to verify, in controlled conditions, the service lives predicted by the model.
The Wood model was selected to calculate service lives. Charcoal properties (microporous volume, structure factor) were determinable using three experimental approaches: solvent adsorption on actual cartridges, solvent adsorption on minicartridges and, the most classic, argon adsorption. Comparison of the experimental results and the results calculated by the model shows that, overall, the service lives or 10 % breakdown times are quasi-systematically underestimated by the model (approximately 0%-20 %). This represents an additional safety factor in the use of this tool to determine the cartridge replacement sequence in a respiratory protection program.
The model yields the most accurate microporous volume and structure factor values in the case of solvent adsorption on actual cartridges. More experiments would statistically verify this finding, because the microporous volume and structure factors obtained by the other two methods also yield acceptable service life estimates.
The adsorption rate, a variable of the Wood model, was determined based on two empirical calculation methods. Although the Wu method seems to improve the model’s accuracy overall, its routine use is hindered by a lack of bibliographic data on the dielectric constant of organic vapours. Consequently, the Wood-Stampfer method was selected.
Cartridge miniaturization for breakdown tests was promising. Both for determining charcoal microporous volumes and structure factors and for verifying the data calculated by the model, the findings are encouraging: the 10 % breakdown times measured experimentally for actual cartridges and minicartridges are strongly correlated. However, improvements must be made to the actual-real transposition hypotheses to achieve a better matching between these two cartridge types in breakdown curve profiles.
After it is updated, the Saturisk tool will be able to calculate service lives using a database of 167 organic vapours, taken from Schedule 1 of the Regulation respecting occupational health and safety, and 11 cartridges from seven manufacturers authorized to sell their products in Quebec. Regulatory reminders specific to certain organic vapours and conditions for RPD use, as well as limitations related to the use of models, will be provided for purposes of exercising the best judgment on the service lives calculated by Saturisk.
ISBN
9782896318001
Mots-clés
Filtre sorbant, Sorbent filter, Durée de service, Service life, Solvant organique, Organic solvent, Essai du matériel, Equipment testing, Équipement de protection respiratoire, Respirator, Québec
Numéro de projet IRSST
0099-5080
Numéro de publication IRSST
R-873
Citation recommandée
Tuduri, L., Janvier, F., Cloutier, Y., Poulin, J., Cossement, D., Drolet, D. et Lara, J. (2015). Optimisation de SATURISK, l'outil de calcul du temps de service des cartouches de protection respiratoire contre les vapeurs organiques (Rapport n° R-873). IRSST.