Interview Vision : "Les lasers sont de plus en plus puissants, mais aussi de plus en plus dangereux"
Chris Nillesen (LAPROCON BV) parle des risques silencieux d'une technologie laser en pleine expansion.
La métallurgie adopte rapidement la technologie laser. Puissances plus élevées, impulsions plus courtes, soudage laser à main - les possibilités ne cessent de croître. Mais les risques pour la sécurité augmentent en même temps. Chris Nillesen, fondateur de LAPROCON, est un ingénieur et un spécialiste de la sécurité laser qui doit faire face à cette tension tous les jours. Dans une interview accordée à Metallerie, il nous fait part de son point de vue sur les principales tendances et les zones d'ombre du secteur.
La sécurité laser n'est pas un luxe
LAPROCON guide les entreprises vers un environnement de travail sans danger pour les lasers et vers la conception de produits sans danger pour les lasers. Pour ce faire, il aide ses clients à développer leurs produits, quel que soit l'endroit où la technologie laser est déployée. Chris Nillesen : "Si vous intégrez un processus laser dans une chaîne de production, vous devez penser à la classification, au boîtier et aux interrupteurs de sécurité dès le stade de la conception. Ce n'est pas une réflexion après coup, c'est la base".
Moins connu des PME ?
Pourtant, dans la pratique, il constate que cette intégration ne se passe pas toujours bien. Dans les petites entreprises en particulier, les connaissances font défaut. Et ce, alors que la technologie évolue rapidement. Les petites entreprises travaillent souvent avec les mêmes systèmes laser que les grandes entreprises - classe 3B ou classe 4 - mais sans la structure de sécurité correspondante. Il s'agit d'un risque sous-estimé.
Dans les grandes organisations, la sécurité laser est souvent intégrée dans des processus HSE plus larges. Dans les PME, cette responsabilité incombe rapidement au chef d'entreprise lui-même, ou pire : à personne. La norme internationale de sécurité laser recommande explicitement de désigner un "responsable de la sécurité laser" (LSO) pour les systèmes des classes 3B et 4. Il ne s'agit pas d'une obligation légale, mais la pratique montre que les entreprises qui n'ont pas de LSO sont plus susceptibles de rencontrer des problèmes : inventaires des risques incomplets, utilisation incorrecte des équipements de protection ou employés qui ne savent pas comment agir en cas d'incident.
Un responsable local de la sécurité ne doit pas nécessairement occuper un poste à temps plein. Dans une petite entreprise, il peut s'agir d'une personne qui a suivi une formation de base et qui sait ce qu'elle fait. Cette personne veille à ce que les risques soient connus, à ce que l'équipement de protection adéquat soit présent et correctement utilisé, et à ce que l'entreprise respecte manifestement la législation sur le bien-être (en Belgique) ou les lois sur le bien-être (ARBO aux Pays-Bas).
Trois tendances qui placent la barre plus haut en matière de sécurité laser
La technologie laser évolue plus rapidement que les structures de sécurité qui devraient l'encadrer. Les puissances augmentent, les impulsions se réduisent à des femtosecondes, les systèmes de soudage laser portatifs font leur apparition dans les ateliers - et chacun de ces développements comporte des risques qui vont au-delà de la sécurité laser traditionnelle. Chris Nillesen suit de près cette évolution et constate que les entreprises - grandes et petites - sous-estiment les exigences de sécurité ou n'en sont tout simplement pas conscientes. Il identifie trois tendances qui relèvent fondamentalement la barre.
Tendance 1 : les lasers à haute puissance
L'une des évolutions les plus frappantes de la technologie laser est la forte progression des lasers de haute puissance. Des puissances de 40, 50, voire 60 kW sont de plus en plus courantes pour des applications industrielles telles que la découpe de tôles épaisses, une tâche auparavant réservée exclusivement à la découpe au plasma.
Évidemment, avec de telles puissances, les risques augmentent aussi de manière exponentielle. Le blindage de l'installation est un élément crucial à prendre en considération. À des puissances élevées, un faisceau laser réfléchi peut contenir suffisamment d'énergie pour littéralement percer ou faire fondre des enceintes conventionnelles - en tôle fine, par exemple. Cela signifie que l'approche classique du blindage n'est plus suffisante et qu'il faut repenser à la fois le choix des matériaux et les principes de construction.
C'est pourquoi les installations modernes utilisent de plus en plus des systèmes de protection active. Chris Nillesen : "Ce que l'on constate aujourd'hui, c'est que les murs deviennent actifs. Ils sont équipés de capteurs. Si un seuil est dépassé, le laser est automatiquement désactivé. Le temps de réaction est important : bien que ces systèmes puissent intervenir en quelques centaines de microsecondes, le matériau passif du bouclier doit pouvoir résister à toute la puissance optique pendant ce court laps de temps. Cela conduit à des exigences de plus en plus strictes en matière de résistance des matériaux et de conception".
Outre le blindage physique, l'intégration de circuits de sécurité joue également un rôle essentiel. Les lasers de forte puissance, qui relèvent de la classe 4, doivent être équipés d'un "connecteur de verrouillage à distance" conformément aux normes en vigueur. Ce connecteur permet de connecter le laser à un circuit de sécurité externe.
Chris Nillesen : "En pratique, cela signifie que le laser ne peut fonctionner que lorsque toutes les conditions de sécurité sont réunies. Pensez aux contacts de porte, aux rideaux de sécurité laser et à d'autres protections d'accès connectées par l'intermédiaire d'un automate de sécurité. Ce n'est que lorsque ce système confirme que l'environnement est sûr que le système laser est libéré par l'intermédiaire de l'interverrouillage.
La fiabilité de ce circuit de sécurité est exprimée par un niveau de performance (PL). Pour les applications laser, il est recommandé d'atteindre au moins le niveau PLd, voire PLe dans de nombreux cas. Un système PLd est capable de s'autocontrôler en permanence et ne se déclenche pas en cas de doute sur la sécurité. Le PLe va plus loin et vérifie également l'intégrité de la communication au sein du système. Dès que cette communication est interrompue, le système passe automatiquement en état de sécurité, même si aucun danger immédiat n'est détecté à ce moment-là.
Dans la pratique, cependant, tous les systèmes ne répondent pas à ces exigences. La mise en œuvre de certains systèmes asiatiques, en particulier, laisse parfois à désirer. La connexion est alors insuffisamment robuste ou ne répond pas au niveau de performance requis, ce qui représente un risque potentiel pour l'utilisateur final.
Tendance 2 : impulsions ultracourtes, dangers inattendus
Outre les progrès des lasers à haute puissance, nous constatons une deuxième évolution technologique importante : l'utilisation croissante des lasers à impulsions ultracourtes. Ces systèmes ne se distinguent pas tant par leur puissance moyenne que par leur puissance de crête extrêmement élevée.
Avec les lasers à impulsions, l'énergie n'est pas délivrée de manière continue, mais sous forme d'impulsions. Deux paramètres jouent ici un rôle crucial : la fréquence des impulsions (le nombre d'impulsions par seconde) et la longueur des impulsions (la durée de chaque impulsion). Avec l'évolution vers les lasers picosecondes et femtosecondes - appelés impulsions ultra-courtes - nous entrons dans un régime où l'énergie est libérée en un temps extrêmement court. Par conséquent, la puissance de crête peut atteindre des niveaux de l'ordre du gigawatt, malgré une puissance moyenne relativement limitée de, disons, quelques centaines de watts.
Du point de vue de la sécurité, il convient d'adopter une approche différente. Traditionnellement, la sécurité des lasers se concentre sur les risques optiques, tels que les rayonnements directs et réfléchis. Toutefois, avec les lasers à impulsions ultracourtes, des phénomènes supplémentaires entrent en jeu, qui relèvent de la catégorie des risques non liés aux faisceaux.
Chris Nillesen : "Lors du soudage et de la découpe avec ces impulsions ultracourtes, un plasma est créé. Il s'agit d'une lumière blanche brillante, mais elle contient également une composante UV. C'est ce que nous appelons le "rayonnement collatéral" : un rayonnement qui ne provient pas du laser lui-même, mais qui résulte du processus laser. Dans les lasers femto- et picosecondes, la composante UV du plasma se déplace vers les rayons X doux.
La bonne nouvelle : ces rayons X sont relativement faciles à bloquer. Il suffit d'une fine feuille de matériau et, comme une machine encapsulée protège le rayonnement laser pour des raisons optiques, les rayons X sont automatiquement bloqués avec lui. "Dans une machine, cela ne pose donc pas de problème. Mais dans un laboratoire laser ouvert, où les chercheurs travaillent sur une table optique en portant uniquement des lunettes de protection laser, ce n'est pas le cas. Là, quelqu'un à une courte distance peut entrer en contact avec ces rayons X doux - et les gens n'en sont souvent pas conscients."
Une deuxième évolution de cette tendance est l'émergence de ce que l'on appelle les lasers supercontinuum ou lasers "blancs". Contrairement aux lasers classiques, ces systèmes produisent un large spectre de longueurs d'onde, des UV aux infrarouges. Il en résulte une lumière qui est visuellement perçue comme blanche, mais qui possède toujours physiquement les propriétés de la lumière laser.
Cette large émission spectrale pose de nouveaux défis en matière de protection. Alors que les lunettes de protection laser classiques sont conçues pour des longueurs d'onde spécifiques, elles doivent dans ce cas assurer une protection sur une plage beaucoup plus large. Dans la pratique, cela est extrêmement difficile à réaliser. Il existe des solutions offrant une atténuation spectrale très large, mais elles s'accompagnent souvent d'une réduction considérable de la visibilité ou du confort d'utilisation.
Cela signifie que lorsqu'on travaille avec des lasers supercontinus, il faut mettre encore plus l'accent sur le blindage de la source et l'intégration du système, plutôt que sur la seule protection individuelle.
Tendance 3 : le soudage manuel au laser et le nettoyage au laser : un risque en forte croissance
Le soudage manuel au laser et le nettoyage au laser gagnent rapidement en popularité, tout en attirant l'attention des inspections du travail européennes. En Europe, il a été convenu de traiter ces applications comme des fers de lance, avec un contrôle accru de la sécurité et des conditions d'utilisation. Cette attention accrue n'est pas injustifiée : la technologie évolue rapidement, mais les pratiques de sécurité sont parfois à la traîne.
Dans le domaine du soudage laser manuel, le contrôle du faisceau, en particulier, joue un rôle crucial. Contrairement aux systèmes automatisés, l'opérateur est ici directement impliqué dans le processus, ce qui entraîne des risques supplémentaires. Les systèmes modernes sont souvent équipés d'une protection contre les contacts : dès qu'il n'y a plus de contact avec la pièce, le processus de soudage s'arrête automatiquement. Toutefois, ce circuit de sécurité doit satisfaire à un certain niveau de performance (PL), et c'est là que le bât blesse. Dans la pratique, tous les systèmes n'atteignent pas ce niveau de sécurité requis, ce qui constitue une préoccupation majeure tant pour les fabricants que pour les utilisateurs.
Dans le domaine du nettoyage au laser, la situation est encore plus complexe. Dans ce cas, il n'y a généralement pas de contact physique avec la pièce et le travail est effectué à distance. Dans ce cas, le faisceau laser a un angle d'ouverture plus faible, ce qui augmente le risque laser. C'est pourquoi le nettoyage au laser, mais aussi le soudage au laser, doivent toujours avoir lieu dans un environnement blindé. Les évolutions récentes montrent des progrès : par exemple, les systèmes sont de plus en plus souvent équipés de capteurs de proximité qui ne s'activent que lorsque la distance correcte par rapport à la surface est respectée. Si l'opérateur est trop près ou trop loin, le système arrête le faisceau laser. Cette technologie contribue à rendre l'environnement de travail plus sûr, mais ne remplace pas les mesures de sécurité structurelles.
Une autre question importante est celle de la protection individuelle. Alors qu'il existe depuis longtemps des lunettes de protection appropriées pour le nettoyage au laser, de nouveaux risques sont apparus avec l'introduction des lasers à main. Les casques de soudage existants, destinés au soudage MIG/TIG, ont été utilisés pour les applications laser à main. Toutefois, cette pratique n'est pas sûre : les casques TIG et MIG classiques n'offrent pas une protection suffisante contre le rayonnement laser. Entre-temps, il existe sur le marché des casques spécifiques pour le soudage au laser, équipés de filtres adaptés qui offrent une protection contre ce rayonnement.
En ce qui concerne les vêtements de protection, l'industrie n'est pas aussi avancée. Pour les procédés de soudage traditionnels, il existe des normes claires pour les vêtements résistants à la chaleur et aux flammes. Pour le soudage au laser, il n'existe pas encore de solutions certifiées, alors que les exigences sont différentes. Jusqu'à ce que de telles normes et de tels produits soient largement disponibles, il convient d'utiliser au moins les vêtements de travail existants pour le soudage TIG et MIG, car ils offrent une protection thermique de base.
Enfin, il existe une différence fondamentale dans le profil de risque entre le soudage traditionnel et les applications laser. Dans le cas du soudage TIG et MIG, le danger se situe principalement au niveau du soudeur lui-même, qui est protégé de la lumière intense et des rayons UV pour éviter les yeux de soudure, entre autres choses. Dans le cas du soudage et du nettoyage au laser, les réflexions jouent également un rôle important. Les surfaces métalliques - et en particulier les métaux non ferreux comme l'aluminium - réfléchissent une part importante de l'énergie du laser. L'aluminium peut réfléchir jusqu'à 80 % de la puissance incidente. Cela signifie qu'à une puissance d'entrée de 100 %, une grande partie de l'énergie est redistribuée dans la pièce, à la fois par réflexion et par diffusion. Pour les aciers, ce taux de réflexion est généralement de l'ordre de 40 à 60 %.
Ces réflexions augmentent considérablement le risque et font que l'ensemble de l'environnement de travail est considéré comme potentiellement dangereux. Il est donc essentiel que seul l'opérateur se trouve dans la pièce et que des procédures de blindage et de sécurité supplémentaires soient strictement respectées.
Les risques invisibles
Outre les risques directs liés au faisceau laser lui-même, une deuxième catégorie de dangers mérite au moins autant d'attention : les risques non liés au faisceau. Dans la pratique, ces risques sont souvent sous-estimés, alors qu'ils constituent un élément essentiel d'un environnement de travail sûr.
Il s'agit de risques industriels classiques associés à l'utilisation d'équipements laser. Pensez aux risques électriques dus à la haute tension, aux risques mécaniques dus aux pièces mobiles et à l'exposition chimique due à la fumée et aux émanations. En outre, il existe également ce que l'on appelle le rayonnement collatéral : le rayonnement secondaire généré par le processus lui-même, par exemple par les panaches de plasma et l'interaction thermique avec le matériau.
Les émissions de fumées méritent une attention particulière. Alors que les usines métallurgiques étaient autrefois caractérisées par des processus ouverts avec une extraction limitée, le secteur a considérablement évolué au cours des dernières décennies vers des systèmes fermés dotés d'une ventilation et d'un filtrage efficaces. Toutefois, nous ne constatons pas encore ces progrès partout dans le soudage et le nettoyage au laser à la main.
Chris Nillesen : "L'extraction ponctuelle est techniquement plus difficile à réaliser ici, ce qui signifie que les particules fines et ultrafines se répandent plus facilement dans la zone de travail. C'est précisément cette fraction fine qui présente un risque potentiel pour la santé. L'utilisation de lasers pulsés, tels que les lasers pico- et femtoseconde, libère même des nanoparticules. Celles-ci sont si petites qu'elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et sont difficiles à filtrer avec les systèmes standard. Bien que de nombreuses entreprises disposent d'un système d'extraction générale de la pièce, l'extraction ciblée de la source reste l'exception plutôt que la règle. Il s'agit là d'un véritable défi pour l'industrie".
Une solution possible consiste à intégrer la protection respiratoire dans les équipements de protection individuelle, tels que les cagoules de soudage au laser dotées de systèmes de filtrage intégrés. Toutefois, ceux-ci doivent être adaptés à la taille et à la concentration spécifiques des particules. Dans la pratique, les utilisateurs finaux manquent souvent des connaissances, de l'expérience et des ressources nécessaires pour faire les bons choix à cet égard.
Un exemple concret de risque chimique est la formation possible de chrome hexavalent (chrome VI) lors du traitement de l'acier inoxydable. Comme l'acier inoxydable contient du chrome, les processus thermiques peuvent créer des composés nocifs qui sont libérés sous forme de fumées et de vapeurs. Dans plusieurs pays, dont les Pays-Bas, ce phénomène a déjà entraîné de graves incidents en matière d'environnement et de bien-être. Cela souligne l'importance d'une approche réfléchie en matière de contrôle des émissions.
Intégration de la sécurité laser dans la politique de prévention
Le degré d'intégration de la sécurité laser dans la politique globale de prévention varie considérablement d'une entreprise à l'autre. Les grandes entreprises disposent généralement d'une organisation structurée de la sécurité, qui inclut explicitement la sécurité laser. Elles désignent souvent un responsable de la sécurité laser, qui est chargé d'élaborer et de contrôler les mesures techniques et organisationnelles.
Cela se traduit par des actions concrètes : élaboration de procédures de travail (procédures opérationnelles normalisées), définition des compétences, fourniture d'équipements de protection individuelle appropriés et mise en œuvre de procédures spécifiques en cas d'accident. En effet, un incident lié au laser nécessite une approche différente de celle d'un accident de travail classique.
Les lasers invisibles, en particulier les lasers de classe 4 dans l'infrarouge proche, constituent une préoccupation majeure. Ce rayonnement n'est pas visible à l'œil humain, mais il peut provoquer de graves lésions de la rétine. Le risque est donc particulièrement insidieux : sans avertissement visuel, des lésions oculaires permanentes peuvent survenir.
Dans un tel cas, les soins postopératoires sont également cruciaux. Les lésions de la rétine s'accompagnent d'un affaiblissement du réseau de vaisseaux sanguins fins. La victime doit donc rester debout pendant le transport et l'examen. Une position allongée peut provoquer une augmentation temporaire de la pression artérielle, avec le risque de nouvelles déchirures de la rétine. Ce type de connaissances spécifiques doit être présent au sein de l'organisation.
