LES POUBELLES VENTILÉES

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2 LES POUBELLES VENTILÉES Sommaire I - NOTIONS DE BASE Viscosité de l'air Comportement de l'air Polluants gazeux Débit d'air nécessaire Compensation de l'air extrait Equilibrage d'une installation Vents dominants... 6 II - UTILISATION D'UNE POUBELLE CLASSIQUE... 7 III - POUBELLES VENTILÉES Annexe : Comportement des polluants gazeux Bibliographie... 16

3 Photo 1 : Poubelle ventilée par aspiration tangentielle bilatérale (couvercle fermé) Une poubelle est, par définition, un récipient métallique ou non destiné à recevoir les déchets et détritus industriels. Son utilisation dans un local de travail ou un atelier est, eu égard à son contenu, souvent une source non négligeable de pollution. C'est le cas dans les laboratoires, les ateliers de sérigraphie, de peinture ou d'imprimerie ainsi que l'ont démontré les prélèvements d'air de longue durée sur charbon actif. D'où l'idée qui nous est venue de ventiler en permanence les poubelles industrielles. 1

4 Photo 2 : Poubelle ventilée par aspiration tangentielle bilatérale (couvercle ouvert) I - NOTIONS DE BASE Toute installation de ventilation d'assainissement de l'air des locaux de travail comporte : l le dispositif de captage qui doit être le plus enveloppant possible ; l les gaines de transport de l'air pollué ; l un ensemble de filtration ou un laveur de gaz ; l un ventilateur servant à mettre l'air en mouvement et à compenser les pertes de charges ; l et le rejet à l'extérieur de tout ou partie (recyclage) de l'air épuré (Fig. 1). Rejet Ventilateur Recyclage Air épuré Transport air + polluant Captage du polluant Séparation air/polluant Polluant Evacuation du polluant solide Fig. 1 : Installation type de ventilation d'assainissement 2

5 Sept notions de base, trop souvent oubliées, relatives aux mouvements des molécules d'air (qu'il soit pollué ou non) et au fonctionnement correct d'une installation de ventilation sont à retenir : a) Viscosité de l'air L'air, étant un fluide, est visqueux. Cela entraîne deux phénomènes bien caractéristiques : l les couches limites existant sur les objets qui, associées aux charges images dues aux phénomènes d'électricité statique, entraînent l'adhérence des poussières en suspension dans l'air, même lorsque les objets sont en mouvement. Ce phénomène est à l'origine de la couche de poussière qui, comme tout le monde peut le constater, colle littéralement sur les véhicules ou les avions et qui oblige ainsi leur nettoyage régulier. Il est également la cause de la sédimentation des poussières dans les canalisations de transport des polluants. l les zones "mortes" c'est-à-dire les zones non ventilées dont la plus classique est celle formée par l'individu lui-même, immobile à un poste de travail, qui fait écran au passage de l'air neuf (Fig. 2). De ce phénomène associé au précédent résultent les "gâteaux" qui obstruent les conduites non ou mal entretenues de transport des polluants et qui diminuent l'efficacité du système d'aspiration. Vers ventilateur Zone non ventilée Fig. 2 : Zone morte créée par le travailleur Air neuf Par ailleurs, à l'intérieur d'un récipient ou d'une canalisation, tout fluide, qu'il soit en mouvement ou non, exerce perpendiculairement aux parois de l'enceinte ou du tuyau, une pression que nous appelons pression statique Ps. Celle-ci peut être négative ou positive. Lorsque l'air est en mouvement, celui-ci engendre également une pression dynamique Pd toujours positive. La somme des pressions statique et dynamique nous donne la pression totale en pascals : Pt = Ps + Pd b) Comportement de l'air L'air a un comportement sphérique. Ainsi, dans le cas d'une buse cylindrique aspirante, l'air aspiré provient de toutes les directions de l'espace et engendre des 3

6 courbes "isovitesses" ou "équivitesses" qui sont des sphères virtuelles sauf aux abords immédiats de la canalisation où lesdites sphères sont applaties (Fig. 3). V Entrée de l'air Equivitesse à 0,3 m/s Fig. 3 : Aspiration de l'air par une buse Du fait des courants d'air parasites qui existent dans tout local de travail, les équivitesses inférieures à 0,3 m/s doivent être négligées si nous voulons que le captage de l'air soit opérant. Le même phénomène reste valable quelle que soit la géométrie d'entrée du dispositif aspirant. La vitesse de l'air V à une distance égale à un diamètre de la bouche cylindrique aspirante (ou à une diagonale d'un capteur rectangulaire ou carré) n'est plus que le dixième de celle à l'entrée de celle-ci (Fig. 4). V 10 % V D D Fig. 4 : Vitesse à un diamètre de l'ouverture Autrement dit, l'efficacité d'un dispositif d'aspiration est proportionnelle au carré de la distance de ce dernier. Pour obtenir une équivitesse de 0,3 m/s à une distance égale à un diamètre de la buse cylindrique aspirante, il faut donc prévoir une vitesse de 3 m/s à l'entrée de cette dernière. Afin d'éviter de trop grandes vitesses dans les conduites générant un bruit gênant et pour augmenter l'efficacité d'un captage, il est nécessaire de canaliser l'air aspiré. c) Polluants gazeux En milieu industriel, la notion de polluants gazeux lourds est à proscrire. En effet, un mélange "air-polluant gazeux" possède une densité équivalente sensiblement égale à celle de l'air (se reporter en annexe). Celui-ci sera donc aspiré, que le polluant gazeux soit lourd ou léger, de façon identique en utilisant les méthodes habituelles de captage (se reporter à l'annexe). d) Débit d'air nécessaire Le débit d'air aspiré Q est le produit d'une surface S par la vitesse V de l'air traversant cette surface : 4

7 Q (m 3 /s) = S (m 2) x V (m/s) Le débit est une dépense continuelle d'énergie : c'est ce que nous appelons la "rente au fournisseur d'énergie". Pour un captage correct des polluants, la vitesse d'aspiration au poste de travail ne peut descendre en dessous de 0,3 m/s sinon le captage devient inopérant (Fig. 3 et 4). De même, nous ne pouvons guère dépasser au poste de travail une vitesse supérieure à 0,7 m/s (1 m/s dans certains travaux de force comme l'ébarbage) sinon le travailleur ressentant une sensation de froid due à l'augmentation de l'évaporation cutanée aura tendance à supprimer l'aspiration. La vitesse V au poste de travail étant fixée par le type de tâche effectuée dans des limites étroites (0,3 à 1 m/s), pour réduire le débit Q donc la dépense d'énergie, nous ne pouvons guère agir que sur la surface S. Ainsi, pour une même vitesse V, si la surface S est grande, nous avons un gros débit d'aspiration donc une grosse dépense d'énergie. Par contre si la surface S est petite, le débit d'aspiration sera faible. e) Compensation de l'air L'air pollué qui est extrait d'un local (ou d'un récipient) doit être compensé par de l'air neuf c'est-à-dire : ce qui rentre = ce qui sort. Cette notion très simple est souvent oubliée et, dans bien des cas, est la cause unique de l'inefficacité du dispositif de captation mis en œuvre. f) Equilibrage d'une installation Un autre facteur important à ne pas négliger est celui de l'équilibrage des systèmes de transport des polluants. Ainsi, aux divers points de raccordement, la somme des pertes de charge dans chacun des circuits doit être sensiblement égale. Si un des réseaux (en général, le plus court) présente une perte totale de charge bien inférieure à l'autre réseau, il convient d'équilibrer les pertes de charge au point de raccordement. 1 A Vers le ventilateur 2 Registre d'équilibrage Fig. 5 : Équilibrage des pertes de charge au point A de raccordement 5

8 Pour cela, nous pouvons augmenter les pertes de charges sur le réseau de canalisations concerné en : - adjoignant un cône d'équilibrage (appelé couramment "pot de fleur"), solution qui ne facilite pas les modifications ultérieures ; - insérant un registre d'équilibre (Fig. 5) dont le réglage ne doit pas pouvoir être modifié par le personnel ; - diminuant la section de la canalisation. g) Vents dominants Le rejet de l'air pollué à l'extérieur des locaux de travail, se fait souvent en tenant compte du sens des vents dominants. Cette notion de vents dominants est une aberration. En effet, si la rose des vents insérée dans le compas des navigateurs comporte 32 secteurs, c'est bien parce que les vents peuvent venir de ces différents endroits. De plus, même si les vents sont dominants dans une direction donnée une grande partie de l'année, faut-il accepter que le reste de l'année (souvent supérieur à 3 mois) une installation de ventilation d'assainissement soit inefficace par le changement d'orientation du vent? Il faut également que l'air pollué soit rejeté à une hauteur suffisante au-dessus d'un bâtiment pour se dégager de la zone de turbulence produite par la présence de ce bâtiment. Cela nécessite le haubanage de la conduite d'évacuation. La mise en place d'un chapeau à 0,75 fois le diamètre au-dessus d'une conduite verticale de rejet permet certes de pallier à l'inconvénient des changements de direction du vent, mais son efficacité de protection contre les intempéries est très faible. Il vaut mieux utiliser un dispositif adapté (Fig. 6). Rejet Costière Siphon Fig. 6 : Dispositif évitant les entrées d'eau de pluie dans un conduit de rejet d'air pollué 6

9 Photo 3 : Poubelle ventilée par cône aspirant (adaptation correcte des deux parties) II - UTILISATION D'UNE POUBELLE CLASSIQUE Les déchets et détritus industriels sont déposés au fur et à mesure dans les poubelles. Ces ordures continuent, lorsqu'elles en sont imprégnées, de dégager des vapeurs délétères et/ou inflammables. En l'absence de couvercle, la pollution de l'atelier est continue et le risque d'incendie (voire d'explosion) est loin d'être négligeable. C'est pourquoi, la réglementation précise à l'article R du Code du Travail : "les chiffons, cotons, papiers imprégnés de liquides inflammables ou de matières grasses sont, après usage, enfermés dans des récipients métalliques clos et étanches". Cependant, en pratique, nous trouvons en milieu industriel toutes sortes de poubelles : poubelles en plastique, récipients métalliques sans couvercle, supports spéciaux pour sacs en plastique dit "sacs poubelles", etc. mais en fait très rarement des récipients conformes à la réglementation. Afin de remédier à cet état de fait, les agents chargés du contrôle de la sécurité dans les entreprises requièrent souvent les mesures suivantes : - enfermer les déchets provoquant des émanations délétères ou inflammables dans des récipients métalliques clos et étanches, 7

10 - utiliser des poubelles à fermeture automatique ou dont le couvercle est solidaire du conteneur, - retrouver le couvercle des poubelles et l'utiliser, - rendre solidaire le couvercle de la poubelle au moyen d'une chaînette, - refermer correctement chaque poubelle, - remplacer les poubelles dont le clapet auto-obturant est défectueux ou a disparu, - remplacer les poubelles en plastique par des récipients métalliques clos et étanches, - veiller à l'utilisation du couvercle des poubelles, - vider régulièrement les poubelles afin de pouvoir utiliser le couvercle, - informer le personnel de l'utilité de remettre le couvercle sur la poubelle après utilisation, - etc. Nota : Une affiche de l'inrs (réf. AD 502) illustre bien ce type de mesure (Fig. 7). Fig. 7: Affiche INRS n AD 502 Quant aux fabricants, ils ont tourné la difficulté du risque incendie dans une poubelle en dotant celle-ci d'un étouffoir (Fig. 8). Celui-ci, en cas d'incendie dans la poubelle, empêche l'arrivée d'air frais nécessaire à la combustion par le mouvement ascendant des gaz chauds pauvres en oxygène qui sont ensuite renvoyés par les déflecteurs vers le fond de la poubelle, stoppant ainsi la combustion des matières inflammables. 8

11 Couvercle avec étouffoir Poubelle Fig. 8 : Poubelle avec étouffoir En l'absence d'incendie, ce type de poubelle n'empêche nullement les vapeurs toxiques de sortir de la poubelle et par là-même la pollution continue du local de travail. Mais est-ce bien la solution idéale? Certes, lorsque le couvercle de la poubelle est en place, les vapeurs dangereuses restent confinées à l'intérieur de celle-ci. Mais que se passe-t-il lorsque nous voulons introduire un détritus dans la poubelle? Nous pouvons diviser l'opération en trois phases qui sont toutes polluantes : - ouverture du couvercle ou du clapet : dégagement d'une mixture de vapeurs délétères et/ou inflammables (due à la tension de vapeur) ; - introduction du déchet : celui-ci occupant un certain volume, il ressort du récipient un volume d'air pollué équivalent augmenté de celui provoqué par la chute du détritus ; - fermeture du couvercle : la compression de l'air situé entre le couvercle et le dessus de la poubelle entraîne automatiquement une fuite d'air pollué sur le bord du récipient. Il en est de même dans le cas d'un clapet auto-obturant. Nota : Les essais au détecteur fumigène prouvent la réalité de ces faits. 9

12 Photo 4 : Poubelle ventilée par cône aspirant (couvercle partiel en place) III - POUBELLES VENTILÉES Afin de remédier à la pollution générée lors de l'utilisation d'une poubelle classique, il suffit de remplacer cette dernière par une poubelle ventilée appelée également conteneur aspirant à déchets.. Le principe d'une poubelle ventilée est simple : il consiste à créer un contre-courant d'air (analogue au couvercle immatériel du système POUYES) empêchant les polluants de sortir de la poubelle. Une poubelle ventilée est donc un récipient ventilé en permanence, ce qui permet d'éviter d'une part la pollution de l'atelier, d'autre part une émanation de vapeurs délétères lors du vidage de celle-ci. Si le principe est simple, son application pratique nous a posé quelques problèmes que nous avons résolus au coup par coup. La première poubelle ventilée qui a été utilisée en milieu industriel fut un récipient en plastique percée et munie d'un tuyau en partie basse (Fig. 9). Le couvercle fut également modifié (quelques trous régulièrement répartis) de façon à permettre une aération permanente. Le tuyau inférieur de la poubelle ventilée fut inséré dans la partie fixe (tuyau de plus gros diamètre) d'une aspiration générale (nous aurions pu utiliser une aspiration particulière) rejetant les polluants à l'extérieur. L'air neuf de compensation qui s'introduit dans la poubelle provient de toutes les directions et entraîne les émanations vers le fond de celle-ci où elles se trouvent aspirées en permanence. 10

13 Air neuf Poubelle Tuyau soudé à la poubelle Déchets Vers aspiration Tuyau d'aspiration fixe Fig. 9 : Principe d'une poubelle ventilée Afin d éviter que l aspiration basse ne soit obturée par un détritus (malgré la présence d une grille plaquée sur le tuyau pour protéger le ventilateur), ce qui annulerait le contre-courant d air empêchant les polluants de sortir, il convient soit d insérer dans la poubelle, une poubelle interne grillagée (Fig. 10), soit de disposer au fond de la poubelle une grille amovible permettant le nettoyage complet de cette dernière (Fig. 11). Couvercle Entrée d'air Poubelle Poubelle grillagée interne Détritus Vers aspiration Fig. 10 : Poubelle ventillée avec grillage interne Couvercle Entrée d'air Poubelle Grille amovible Détritus Vers aspiration Fig. 11 : Poubelle ventillée avec grillage amovible De même, afin de diminuer le débit d air aspiré et de permettre le remplissage de la poubelle, il convient de doter celle-ci d un couvercle fixé au moyen d une 11

14 chaînette laissant rentrer l air neuf de façon périphérique en reposant sur quatre points régulièrement répartis. En fait, le couvercle compte tenu du contre-courant d air qui fait office de couvercle immatériel, n est pas utile. L utilisation d une poubelle ventilée en partie haute par anneau aspirant (Fig. 12) ou cône aspirant (Fig. 13) est une solution qui évite la pollution permanente de l atelier mais qui ne permet pas d éliminer complètement la mixture de vapeurs délétères à l intérieur de la poubelle. Nous le constatons parfois lors du vidage de celle-ci. Afin de créer les contre-courants d air nécessaires à un captage correct des polluants, il convient de doter l anneau aspirant d une rehausse de 0,20 m au minimum. Rehausse Anneau aspirant Vers aspiration Anneau aspirant Poubelle Déchets Fig. 12 : Poubelle ventilée à anneau aspirant Air neuf Vers aspirateur Cône aspirant fixe Fixation de la poubelle Poubelle Déchets Fig. 13 : Poubelle ventilée à cône aspirant Ces têtes d'aspiration (cône ou anneau) permettent d'utiliser un sac de récupération en PVC (sac poubelle) à l'intérieur de la poubelle (Voir photos 4 et 5). Il est souhaitable que la fermeture du sac en plastique s'effectue avec la poubelle en place sous l'anneau aspirant afin d'éviter les vapeurs résiduelles. 12

15 Plusieurs améliorations sont possibles (Voir photo 3), à savoir : - la tête d'aspiration peut être montée à poste fixe sur un support pivotant permettant la mise en place ou le retrait de façon aisée de la poubelle, - afin d'éviter tout écrasement accidentel des doigts lors de la descente du dispositif d'aspiration, un espace de 2 cm entre ce dernier et la poubelle doit être prévu, - le montage sur roulettes et des poignées facilitent la manutention de la poubelle, - un couvercle perforé peut être placé sous la goulotte de déversement de la tête d'aspiration (Fig. 13). Quant au débit d aspiration à mettre en œuvre avec un cône aspirant, il est assez faible (de l ordre de celui d un aspirateur ménager). Ainsi pour une goulotte de déversement de 0,30 m de diamètre et une vitesse d air de 0,3 m/s au niveau de celle-ci, le débit horaire est inférieur à 80 m 3 /h. Pour une vitesse de 0,5 m/s, ce débit atteint environ 130 m 3 /h. Les poubelles ventilées avec cône aspirant sont les plus utilisées. Signalons d une part, la possibilité d utiliser une poubelle munie d un couvercle qui s insère entre deux fentes d aspiration (Voir photos 1 et 2), d autre part, l existence d une poubelle ventilée avec étouffoir (Fig. 14). O 320 O Étouffoir Vers aspiration Clapet Ressort à microrupteur Poubelle Fig. 14 : Poubelle ventilée à étouffoir Cette dernière est dotée d un ressort de fermeture automatique du clapet associé à un microrupteur permettant (lorsque le clapet est en position fermeture) l obturation du conduit d évacuation des polluants. Ce dispositif ne permet pas la ventilation permanente de la poubelle et le réglage du microrupteur est délicat et souvent aléatoire. Il s agit en fait d une poubelle à ventilation intermittente c està-dire chaque fois qu un détritus est introduit. Remarque importante : Lorsqu il n est pas possible de relier la poubelle ventilée ou l anneau aspirant à un système d aspiration centralisé, nous pouvons utiliser un aspirateur à dépression constitué d une soufflette alimentée sous 150 kpa et recourbée dans la canalisation fixe d aspiration (Fig. 15). 13

16 Poubelle ventilée Air comprimé Vers extérieur Installation fixe Fig. 15: Aspiration à dépression Une soufflette avec buse d éjection de diamètre 2 mm et alimentée en air comprimé sous 150 kpa (1,5 bar) a un débit d air d environ 6 m 3 /h. Cependant un aspirateur à dépression agit en amplificateur d air par déplacement d un flux d air dû à l aspiration de l air ambiant. Le facteur d amplification dépend du type et de la forme de la soufflette et est de l ordre de 20. Le débit d aspiration d un tel dispositif alimenté sous 150 kpa (1,5 bar) est d environ 120 m 3 /h. Photo 5 : Poubelle ventilée par cône aspirant (couvercle retiré) 14

17 Annexe : COMPORTEMENT DES POLLUANTS GAZEUX Il est encore fréquent d'entendre dire que lorsque les gaz ou vapeurs émis dans un atelier sont plus lourds que l'air, ils vont descendre naturellement vers le sol. Donc, il est impératif de prévoir des dispositifs de captage aspirant l'air pollué vers le bas, voire disposés au ras du sol. Cette idée est hélas erronée. En réalité, les mélanges "air-polluants gazeux" existant en milieu industriel ont toujours une densité fort peu différente de celle de l'air non pollué. Cette différence de densité très faible induit des vitesses de chute vers le sol insignifiantes qui sont négligeables par rapport à la diffusion turbulente et les courants d'air qui coexistent même dans les endroits les mieux protégés. Les polluants gazeux vont donc se diluer dans toute l'atmosphère de l'atelier où ils sont émis. A cause de cette dispersion turbulente, les concentrations en polluants gazeux, que nous rencontrons couramment dans les locaux de travail, restent de l'ordre de quelques parties par millions (ppm) et atteignent au maximum 0,1 à 0,5 % en volume. La densité de tels mélanges gazeux restent donc sensiblement égale à l'unité (c'est-à-dire celle de l'air). Prenons le cas du tétrachloroéthylène (ou perchloréthylène C 2 Cl 4 ) qui est un des solvants industriels les plus lourds. Sa densité de vapeur est de 5,72 et sa valeur limite de moyenne exposition (VME) dans l'air respirable est actuellement, en France, de 50 ppm (soit 335 mg/m 3 ). La densité d'un mélange d'air et de 1 % de tétrachloroéthylène (soit ppm) qui correspond à 200 fois la VME actuelle est de : D = (0,01 x 5,72) + (0,99 x 1) = 1,0472 De même, la densité d'un mélange d'air et de 100 ppm de perchloréthylène n'est que de 1, soit environ 1,0005. Les rapports à considérés d'un tel mélange "air-c 2 Cl 4 " sont donc : - pour ppm : 1,0470/1 - pour 100 ppm : 1,0005/1 - pour 50 ppm : 1,0002/1 - pour 25 ppm : 1,0001/1 et non le rapport 5,74. Nous constatons que le phénomène de gravité n'intervient pas de façon significative sur le comportement d'un polluant gazeux dans l'air d'un atelier. Ce toxique n'a donc pas la latitude de se mouvoir par lui même. De ce fait, il ne peut être contrôlé que lorsque nous captons l'air avec lequel il se trouve mélangé. Par contre, des différences de densités induites par une élévation de la température de l'air peuvent entraîner des effets non négligeables sur les mouvements de l'air : l'air chaud est ascensionnel. En résumé, compte tenu de la différence négligeable de densité entre l'air et l'air pollué, les problèmes de captation d'un polluant gazeux sont identiques que celui-ci soit lourd ou léger. 15

18 BIBLIOGRAPHIE l Guide pratique de ventilation n 0 - Principes généraux de ventilation Brochure INRS ED 695. l Guide pratique de ventilation n 1 - Assainissement de l air des locaux de travail Brochure INRS ED 657 l Fiche toxicologique INRS n 29 : Tétrachloroéthylène - 4 pages - édition 1987 mise à jour en l Capter un polluant pour éviter de le respirer - Claude POUYES - 62 pages - 2 ème édition - Septembre CRAM du Centre (épuisé). Éditions Carsat Centre 30, boulevard Jean-Jaurès ORLÉANS CEDEX 1

19 Carsat Centre Risques professionnels 36, rue Xaintrailles Orléans cedex 1 Tél : Fax : prev@carsat-centre.fr