Mémoire de fin d études Ingénieur du génie sanitaire Promotion : Date du Jury : septembre 2009

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1 Mémoire de fin d études Ingénieur du génie sanitaire Promotion : Date du Jury : septembre 2009 Note de synthèse Elaboration d une méthode proposant des valeurs limites minimales en oxygène pour l exposition des travailleurs à des atmosphères hypoxiques Présentée par : Laure Belin Lieu de stage : Afsset Référents professionnels : Dominique Brunet, David Vernez Référente pédagoqique : Nathalie Bonvallot

2 S o m m a i r e I. Contexte II. Les objectifs III. Matériel et méthode IV. Résultats V. Conclusion Laure BELIN - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique

3 I. Contexte La prévention des risques chimiques dans l environnement professionnel repose prioritairement sur le principe de la substitution d un produit dangereux par une autre substance moins nocive, ou à défaut, sur la réduction des concentrations des substances toxiques dans les lieux de travail à des niveaux les plus faibles possibles. Des valeurs limites d exposition professionnelles (VLEP) doivent alors être fixées au niveau réglementaire afin de disposer d objectifs minimums de prévention pour les lieux de travail. En France, la phase scientifique d élaboration des VLEP est confiée depuis 2005 à l Afsset, qui a mis en place un comité d experts spécialisés. Lors de ses travaux relatifs à l évaluation des risques sanitaires liés à l utilisation de l azote liquide, en particulier dans le cadre des activités d assistance médicale à la procréation, l Afsset a notamment mis en évidence l absence de valeur limite pour l oxygène (O 2 ) dans l air des lieux de travail. Par ailleurs, d autres situations professionnelles où la teneur en O 2 est intentionnellement réduite se développent actuellement. L Afsset, dans le cadre de sa mission d expertise scientifique, a donc recommandé que soit fixée une valeur minimale pour l oxygène, le principe de substitution ne pouvant par ailleurs être ici appliqué. II. Les objectifs La méthodologie habituellement mise en œuvre conduit à la recommandation de valeurs limites maximales pour des substances chimiques nocives ; elle nécessite donc d être adaptée dans le cas particulier de l O 2, qui est un gaz vital. Ce mémoire s inscrit dans l élaboration de cette démarche qui concerne le cas des travailleurs exposés à des atmosphères appauvries en oxygène. Il propose également des mesures de gestion. III. Matériel et méthode D un point de vue méthodologique, le travail réalisé repose sur les étapes suivantes : L identification des différentes situations professionnelles concernées par un appauvrissement en oxygène : Une revue de la littérature a été réalisée pour identifier ces données : En situation normale, la proportion d oxygène dans l air ambiant est de 20,95% et cette concentration demeure naturellement constante quelque soit l altitude considérée. Laure BELIN - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique

4 Ceci étant, la pression atmosphérique diminuant exponentiellement avec l altitude, la pression partielle en oxygène se trouve par conséquent également réduite de façon exponentielle. L exposition à une atmosphère appauvrie en oxygène se rencontre également lors des voyages aériens, les cabines bien que pressurisées ne restituant pas une atmosphère équivalente à celle qui règne au niveau de la mer. La réduction de la pression partielle en oxygène peut aussi résulter d activités professionnelles. Il convient de distinguer les situations où la réduction du taux d oxygène n est pas intentionnelle de celles où elle l est. Dans le premier cas, la réduction de la teneur en oxygène de l air ambiant peut provenir soit d un défaut de renouvellement de l air, comme dans des espaces confinés où sont présents soit des polluants gazeux, soit des sources de polluants gazeux (tels que les procédés employant des liquides cryogéniques) soit des sources de consommation d oxygène. Dans le second cas, les principales situations rencontrées visent à abaisser le taux d oxygène en le remplaçant par un gaz inerte, généralement de l azote. Les objectifs recherchés peuvent être de prévenir le risque d incendie, de disposer d un moyen de lutte contre un incendie déclaré, de prévenir le risque d explosion ou de préserver des biens. Ils peuvent parfois se cumuler. L identification des effets sur l organisme humain d un appauvrissement de l air en oxygène : Ces effets ont été identifiés grâce à la consultation d ouvrages de physiologie et à des échanges avec des experts de l hypoxie dans le domaine de l aéronautique et de la médecine d altitude. Ainsi, toute réduction de la pression partielle de l oxygène dans l air se répercute sur la pression partielle en oxygène au niveau des gaz alvéolaires, du sang artériel et finalement des tissus de l organisme humain, du fait des échanges gazeux régis par les principes physico-chimiques décrits par les lois de Dalton et de Henry. La saturation sanguine en oxygène peut également être impactée par des variations de la pression artérielle en oxygène, mais d autres facteurs, notamment la présence de dioxyde de carbone, sont aussi en mesure d induire des modifications de celle-ci. Les effets observés lors d exposition à des atmosphères appauvries en oxygène vont dépendre à la fois du taux d oxygène présent et du temps durant lequel la personne aura été exposée à cette atmosphère. Ainsi, les conséquences d une réduction de la pression Laure BELIN - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique

5 partielle en oxygène dans l atmosphère peuvent se traduire dans un premier temps par des perturbations au niveau physiologique ne pouvant être révélées que par la réalisation de tests très spécifiques pour pouvoir les mettre en évidence, puis dans un second temps par des signes cliniques. Dans les secondes ou minutes suivant le début d une exposition à une atmosphère appauvrie en oxygène, et en fonction de ce degré d appauvrissement, il est possible d observer des perturbations sur l appareil cardio-respiratoire, les cellules musculaires et nerveuses, les fonctions motrices, les organes des sens et les fonctions psychiques. Par ailleurs, dans certains cas, une mauvaise adaptation à l hypoxie au bout de quelques heures en altitude peut conduire à l apparition du mal aigu des montagnes, qui peut conduire sous sa forme compliquée à des œdèmes (pulmonaire ou cérébral.) Il est à noter que l organisme humain présente la faculté de s adapter naturellement à certaines situations au bout de quelques heures, aussi bien d un point de vue respiratoire qu hématologique. L adaptation de la méthodologie habituelle au cas de l oxygène L élaboration d une valeur limite minimale pour une substance constitue en soi une nouveauté par rapport à la procédure habituellement suivie conduisant à la proposition de valeurs maximales. Ceci étant, la démarche qui repose respectivement sur : - la réalisation d une analyse des études relatives aux effets observés suite à des expositions à la substance ; - le choix de celles jugées les plus pertinentes en s attachant à la qualité des études sélectionnées ; - la détermination d un effet critique ; - la détermination d une dose sans effet correspondant à l effet critique choisi ; - le choix du facteur de sécurité à appliquer ; demeure a priori toujours appropriée en vue de recommander une valeur limite minimale d exposition à l oxygène. Les particularités liées à l oxygène reposent sur la nature des données à considérer. D une part, il s agit de déterminer un effet critique, parmi des études physiologiques, qui ne vise pas forcément à protéger d un effet sanitaire au sens traditionnel du terme alors que l organisme met naturellement en oeuvre des processus d adaptation ; la difficulté consiste alors à évaluer le niveau à partir duquel les perturbations physiologiques détectées ne résultent plus de cette adaptation naturelle. D autre part, les facteurs de risque à prendre en compte ont été étudiés et peuvent être classés en deux catégories : des facteurs interindividuels et, en raison du rôle essentiel Laure BELIN - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique

6 de l oxygène, des facteurs environnementaux. Ceux-ci font intervenir de nouveaux paramètres tels que l âge, l activité physique, l altitude et les conditions météorologiques, jusqu alors rarement retenus pour l élaboration de VLEP pour les substances chimiques classiques. L application de cette méthodologie dans un cadre défini L hypoxie considérée dans ce mémoire est uniquement celle provoquée par une réduction volontaire de la pression partielle de l oxygène dans l air ambiant. Elle correspond au cas de la dilution de l oxygène par l apport, volontaire ou non, de gaz inertes, et peut être combinée à une hypoxie d origine hypobare, quand elle se situe en altitude. La présence potentielle de substances nocives ou de dioxyde de carbone dans l atmosphère de travail ne sont pas prises en considération pour l élaboration de la valeur minimale en oxygène. IV. Résultats Elaboration de valeurs minimales en oxygène exprimées en pression partielle De façon pratique, une analyse des données recueillies dans la littérature relatives aux effets de l hypoxie sur l homme couvrant des expositions diverses a été réalisée. Il ressort que les niveaux d oxygène relatifs à l étude de l hypoxie sont systématiquement inférieurs à 17,5 kpa. Au-delà de cette valeur, l absence d effet de l hypoxie semble être unanimement admise. De la même façon, toutes les études portant sur les expositions à des niveaux de pression partielle d oxygène inférieurs à 13 kpa, aussi bien en conditions réelles que simulées, indiquent que les fonctions cognitives et psychomotrices de personnes en bonne santé sont altérées et que les humeurs se trouvent également affectées. Par contre dans la gamme de pression d oxygène de 13 à 17,5 kpa, la situation est moins claire dans la mesure où certaines équipes mettent en évidence des perturbations des performances cognitives, alors que d autres non. Les atmosphères volontairement appauvries en oxygène pour prévenir les incendies correspondant à ces niveaux d oxygène, une analyse très approfondie de la littérature est nécessaire afin de pouvoir recommander des valeurs limites objectivées. Les différents facteurs de risque susceptibles d influer sur les situations hypoxiques ont également été considérés en vue de déterminer les facteurs de sécurité à appliquer. Laure BELIN - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique

7 En parallèle à l élaboration de la valeur limite, il est proposé de mettre en place des mesures de gestion des risques adaptées, telles que la mesure en continu de la pression partielle du taux d oxygène. Cet aspect distingue là encore l oxygène des substances chimiques classiques, pour lesquelles c est la concentration moyennée durant une journée de 8 heures qui ne doit pas dépasser la VLEP. Elaboration d un abaque permettant de respecter les valeurs minimales en oxygène recommandées Les appareils mesurant la quantité d oxygène présent dans l air n affichant pas tous un résultat sous la forme d une pression partielle en oxygène. Un abaque a été élaboré, basé sur la connaissance comme données d entrées de la pression ambiante, et de la teneur en oxygène de l air exprimée en pourcentage. V. Conclusion La méthodologie ici mise en œuvre pour élaborer des valeurs minimales en oxygène est similaire dans son déroulement à celle usuellement appliquée pour recommander des VLEP. Elle en diffère toutefois par : - la nature de l effet critique considéré : perturbation physiologique ; - l introduction de paramètres rarement pris en compte lors de l application de facteurs de sécurité tels que l âge, l activité physique, l altitude et les conditions météorologiques. Par ailleurs, l expression des valeurs minimales recommandées en pression partielle d oxygène, conduisant à la proposition d un abaque, permet la prise en compte directe des facteurs environnementaux liés à l altitude et aux conditions météorologiques. Les situations traitées ne prennent pas en compte la présence d autres polluants chimiques, ni celle du dioxyde de carbone. Ce travail ainsi que les propositions faites ici seront soumises, pour discussions et expertise collective au CES-VLEP, afin que l Afsset puisse établir des recommandations au ministère chargé du travail. Laure BELIN - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique

8 S i g n a t u r e s Référent professionnel Dominique BRUNET Référent pédagogique Nathalie BONVALLOT Elève Laure BELIN Laure BELIN - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique