propriétés dangereuses des nanomatériaux

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1 S-NANO un outil flexible pour l étude des propriétés dangereuses des nanomatériaux Contacts t : bruno.debray@ineris.fr, b i david.ponthieux@ineris.fr i Direction des risques accidentels, Services généraux

2 Plate-forme S-NANO Objectif: réalisation d essais pour évaluer les risques chroniques et accidentels associés aux nanomatériaux Budget : 4,3 M dont 1 M de la Région Picardie Partenariat régional : UTC, UPJV Complémentarité nationale : INRS, CEA, LNE Livraison en juillet 2014 Complémentaire aux moyens de caractérisation de la toxicité déjà disponibles à l INERIS Détails techniques: Surface totale d environ 300 m² dont 200 m 2 de laboratoires 4 laboratoires et un local de stockage coupe-feu Classe d empoussièrement ISO 8 (flux vertical descendant) Cascades de pressions entre les espaces de travail Modularité et possibilité d extension confinement statique Ex: équipement confiné par conception, assurant la sécurité en condition normale de fonctionnement confinement dynamique Ex: poste sécurisé pour les nanomatériaux, type sorbonne, assurant le maintient du confinement en conditions dégradées (maintenance) ambiance de travail sécurisée Empoussièrement contrôlé, renouvellement d air évitant la dispersion en cas d incident ou d accident

3 Réalisation Conception et construction de la plate-forme et du traitement d air : Groupement - Bouygues Energies et Services - CERIS ingénierie - DUFAY Conception et construction des postes de travail - ERMAFLUX : Sorbonnes filtrées, PSN, isolateur - JACOMEX : Isolateurs - EREA : Isolateur

4 Implantation des laboratoires Localisation Poste Activité Vieillissement essais mécaniques relatif à la fin de vie des produits contenant des nanomatériaux (abrasion, usinage ) LABO 1 Combustion & incinération essais de combustion et d incinération permettant d évaluer la faculter des produits nanostructurés à libérer leurs charges nanométriques dans les effluents LABO 2 Poudre essais relatifs au comportement des poudres (rhéologie, effets triboélectriques) essais de mise en suspension et de dispersion pour Suspension/dispersion p comprendre le comportement aéraulique des poudres. LABO 3 (25 m²) Développement instrumental développement d outils pour la métrologie des aérosols nanostructurés. LABO 4 Inflammation essais destinés à déterminer les paramètres de sécurité au niveau de l inflammabilité des nanopoudres : TMI en nuage et en couche. essais destinés à déterminer les paramètres de Explosion sécurité au niveau de l explosivité des nanopoudres : (Kst, Pmax). STOCKAGE Préparation / conditionnement Stockage conditionnement de la matière première en container de moins de 2kg. Stockage des échantillons ainsi que des déchets (temporairement) en attente de prise en charge par le prestataire identifié.

5 Principes de maîtrise des risques 1. Confinement des manipulations de nanoparticules dans des postes de travail nanosécurisés - Boîtes à gants - PSN flux laminaire vertical - Sorbonnes filtrées 2. Ventilation des locaux de travail avec un taux de renouvellement de 15 volumes/heure et pouvant atteindre 37 volumes/heure pour compenser les extractions spécifiques 3. Protection de l environnement extérieur et intérieur : - Filtration amont et aval haute efficacité - Confinement par cascade de pressions 4. Limitation des quantités de matériaux manipulés au strict minimum 5. Port d EPI en fonction des manipulations

6 Caractéristiques du traitement d air 15 vol/h = m 3 /h

7 Exemples de conception de postes de travail Inflammabilité, essai d EMI EMI: - Génération de poussières - Confinement résistant à la surpression Electrostatique : - Versatilité, - Confinement/facilité d utilisation au quotidien, - Atmosphère contrôlée (air à humidité régulée, azote)

8 Activités i prévues dans la plate-forme S-NANO

9 Comportement des poudres Caractérisation du comportement des poudres pour une meilleure maîtrise des risques industriels : - Pulvérulence : -Utilisation du vortex pour caractériser l émission des poudres Air -Démarche de sécurité intrinsèque i Test tube - Comportement électrostatique : - Résistivité Vortex shaker - Temps de charge/décharge -Rhéologie des poudres: -Caractérisation des écoulements -Etude des processus d agglomération

10 Métrologie Banc de génération d aérosols - Calibration, vérification des performances d instruments de mesure - Développement de nouveaux instruments (MPS-ecomesure, LIBS) - Nouveaux modes de mise en suspension de poudres (eg. Toxicité/ inhalation) Mesures de terrain (postes de travail, sites industriels, environnement) - Stratégie de mesure - Evaluation des risques - Recommandations de maîtrise du risque, y compris risques accidentels

11 Cycle de vie et fin de vie Usage, abrasion - Utilisation de la chambre d émission - Caractérisation des aérosols - Recommandations de réduction du risque par design, adaptation des conditions d utilisation Traitement des déchets - Incinération des nanomatériaux Simulation en four tubulaire Caractérisation des effluents Compréhension des mécanismes - Classification de la dangerosité de déchets - Evaluation des capacités de recyclage Serenade

12 Inflammabilité, explosivité Caractérisation des paramètres de sécurité (Pmax, KtEMI) Kst, «Sensitivity» «Severity» MIE P max Développement/adaptation de protocoles LEL LOC d essai CEN TC 352 WG 3 PG3 Développement d essais alternatifs basés MIT sur la calorimétrie pour la réactivité en masse (dp/dt) max Kst

13 Questionnements dans le domaine de l inflammabilité et l explosivité Violence d explosion Scientifique Problématiques Sécurité HSE issues ère de 20L Sph Al A Modification des procédures Validité de la loi cubique Mesure de vitesse de flamme /design d un outil adapté (bec bunsen, tube ) Rapport L/D pour la détonation Influence de la radiation Sécurisation / design d un outil Qualification de la dispersioni Effets aux parois Mode de propagation de la flamme Influence de la turbulence Al B Al C Ne reflète pas forcément la réalité industrielle (influence de la turbulence) Fournit paramètres de base pour le dimensionnement d éléments de protection (mais forte incertitude sur les paramètres de sécurité) (remise en cause la loi cubique) Peu de données disponiblesibl Quantité importante Préparation/ nettoyage de la manip. Quid si la manip est bloquée à 20 bars? Quid de la sphère et de l opérateur si une poudre détone? Quid de la maîtrise de l étanchéité de la manip.? Maximum Rate of Pressure Rise (dp/dtmax [bar r/s]) Traore, 2007 Field, 1992 IFA database Jacobson, 1964 Lin, 2010 Tetronics, 2002 Wu, 2010 Krietsch, 2013 Holbrow, 2010 INERIS Kwok, 2002 Lödel, 1992 Jiang, Specific Surface Area (m²/g) Vers des tailles nanométriques Schlieren Photographies INERIS, Projet MARINA, Collaboration CNRS, University Leeds

14 Autres questionnements dans le domaine des risques accidentels Comment prédire les conséquences d un accident impliquant des nanoparticules? Comment répondre aux questions des autorités et des populations en cas d accident? Recherches en cours Modélisation du terme source en cas de perte accidentelle de confinement (chute de poudre, envol, fuite de transport pneumatique, explosion) Développement d essais pour déterminer les paramètres d un modèle de dispersion Formulation de recommandations opérationnelles pour maîtriser les risques Source MEDDE, DREAL haute-normandie

15 Conclusion La plate-forme S-NANO : un outil flexible qui bénéficie de 10 ans d expérience en nanosécurité àl INERIS Elle offre des solutions opérationnelles pour le management des risques tout au long du cycle de vie des nanomatériaux Elle est dotée de moyens expérimentaux uniques pour la caractérisation des dangers physico-chimiques Elle est partie intégrante d un ensemble de moyens dédiés à la caractérisation des propriétés physico-chimiques et des dangers (toxicité, éco-toxicité, paramètres physiques), la caractérisation des expositions et l évaluation des risques Elle vise à développer les connaissances et l expertise afin Elle vise à développer les connaissances et l expertise afin d accéder à des nanotechnologies qui soient propres et sures