Sécurité laser: plan exposé

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


• 4.4 risques du rayonnement sur l’œil, risques essentiels dépendant:

4.4.1. des caractéristiques des lasersla puissance (W)la longueur d’onde d’émission (nm) : UV,visible ou IRle mode de l’émission: continu ou pulséles 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


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 UVB : 280-315 nm UVA : 315-400 nm

visible 400-780 nm IRA : 780-1400 nm IRB : 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 m 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 UVB : 280-315 nm UVA : 315-400 nm

visible 400-780 nm IRA : 780-1400 nm IRB : 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


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 - entre 0,4 m et 0,7 m- 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 dangereusescausent 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…



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 »



• 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 associéspour 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 > 5000nmet de faible puissance, verre pour UV <330 nm



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



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

• 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

(2) directive 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 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 3Blaser CO2 d’usinage de fibres optiques, 10 m , W

laser He-Ne d’alignement , 632,8 nm, 10 mW

faisceau laser CO2 focalisé à 150 m

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

Sécurité laser: plan exposé

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