La prévention des risques professionnels des ultrasons

Les vibrations de l'air provoquent les sons audibles mais aussi inaudibles en dehors d'un spectre de fréquence 20 Hz-20 kHz, infrasons en dessous de 20 Hz, ultrasons au dessus de 20 kHz. Les sources émettant des ultrasons sont nombreuses et croissantes en milieu industriel. Si le bruit audible est une préoccupation majeure de santé au travail, les ultrasons le sont dans une bien moindre mesure...

La prévention des risques professionnels des ultrasons

Les vibrations de l'air provoquent les sons audibles mais aussi inaudibles en dehors d'un spectre de fréquence 20 Hz-20 kHz, infrasons en dessous de 20 Hz, ultrasons au dessus de 20 kHz.
Les sources émettant des ultrasons sont nombreuses et croissantes en milieu industriel.
Si le bruit audible est une préoccupation majeure de santé au travail, les ultrasons le sont dans une bien moindre mesure quand leur intensité est élevée et leur émission prolongée, et les moyens de prévention sont assez aisés à mettre en œuvre.

Les situations à risques des ultrasons

La sensibilité de l'oreille à la perception des sons dépend des personnes, essentiellement de leur âge : pour la population active, la grande majorité des individus a une limite supérieure de sensation auditive de 15 kHz environ, alors que certains parmi les plus jeunes peuvent percevoir les sons très aigus jusqu'à 20 kHz. Or, ce sont précisément les ultrasons de basse fréquence (au dessous de 100 kHz) qui sont à la fois susceptibles de provoquer des effets physiologiques et sont souvent émis mélangés à des sons audibles par plusieurs procédés industriels. Les ultrasons de haute fréquence utilisés dans les diagnostics médicaux (échographies) et le contrôle non destructif, ne requièrent que de faibles pressions ultrasonores et ne représentent pas de danger avéré.

  • Les effets physiologiques des ultrasons
    La transmission des ultrasons, inaudibles ou quasi-inaudibles, a des niveaux suffisamment élevés et prolongés, provoque des effets nocifs.
    - Les effets sur l'audition
    Des pertes d'audition temporaires sont possibles par irritation de cellules sensorielles nerveuses des récepteurs de l'audition dans la cochlée (ou limaçon), à partir d'un niveau élevé de 120 dB.
    Les émissions d'ultrasons ne provoquent pas de dommages permanents si le niveau maximal d'intensité est inférieur au niveau très élevé de 140 dB.
    Les ultrasons mélangés à des sons audibles aigus sont plus dangereux que les ultrasons purs pour l'audition : il faut donc aussi tenir compte des ondes acoustiques audibles, pouvant fortement varier, incommoder et s'avérer nocives selon les applications, et retenir des niveaux limites plus bas dans ce cas pour les fréquences inaudibles.
    - Les effets thermiques
    L'exposition à des ultrasons très intenses (niveaux de pression acoustique supérieurs à 145 dB) peut provoquer un échauffement par élévation de température des tissus traversés.
    - Les effets de contact
    Lors d'un contact avec une source d'ultrasons industrielle (sonotrode ou pénétration de la main dans un bain de nettoyage à ultrasons par exemple), la main est soumise à une forte intensité ultrasonore.
    - Autres effets
    Des migraines, nausées, vertiges peuvent également survenir suite à l'exposition prolongée et intense aux ultrasons, particulièrement pour les personnes à l'ouïe très fine, notamment chez les jeunes travailleurs, qui peuvent entendre de façon très désagréable les sons très aigus de fréquence supérieure à 16 kHz, alors que la plupart ne les perçoivent pas.

    Même sans percevoir vraiment les ultrasons, la pression prolongée exercée dans l'oreille ou transmise par voie osseuse au crane, expliquerait cet effet de malaise, qui survient pour une intensité supérieure à 110 dB généralement pour les personnes sujettes à ces troubles, qu'on observe d'ailleurs aussi pour les infrasons.

    Enfin, il faut signaler les effets thérapeutiques des ultrasons à haute énergie mais très focalisés qui sont utilisés pour détruire les calculs des voies urinaires (lithotritie).

  • Les applications industrielles émettrices d'ultrasons
    Les applications industrielles des ultrasons (usinage, nettoyage, soudage, découpe...), sont nombreuses et présentent généralement beaucoup d'avantages environnementaux et sanitaires (pas ou peu de produit chimiques) : les procédés industriels ont une fréquence de travail supérieure à 20 kHz mais des sons parasites audibles sous-harmoniques surviennent souvent et accentuent les effets des ultrasons.
    L'exposition industrielle aux ultrasons intervient principalement dans procédés suivants :
    - les travaux de découpe, de soudage par ultrasons des matières plastiques, dont l'empaquetage qui est une application dans laquelle la soudure ultrasonore est la plus employée. La découpe alimentaire par les ultrasons est une technique qui permet d'assurer un bon niveau d'hygiène.
    La soudure par ultrasons des matières thermoplastiques repose sur l'association d'une pression et d'une vibration ultrasonore. Cette vibration haute fréquence produit un échauffement important dans la matière et provoque sa fusion.
    - L'usinage par ultrasons est une technique d'abrasion consistant à projeter des particules abrasives très dures sur la pièce à usiner, à l'aide d'une sonotrode, vibrant à fréquence ultrasonore, méthode principalement utilisée pour usiner des matériaux durs, fragiles et cassants (verres, céramiques, quartz, pierres précieuses, semi-conducteurs).
    - Les bains à ultrasons (bacs, cuves) sont utilisés pour le nettoyage et conviennent spécialement pour le lavage de la verrerie, des instruments et équipements médicaux, des bijoux, des petites pièces métalliques compliquées... Les vibrations ultrasonores se répandent dans le bain de nettoyage et désagrègent les molécules de saletés. C'est un procédé qui permet d'éviter les risques de projections et de désinfecter éventuellement avec l'utilisation de produits spécifiques.

Les mesures préventives des risques des ultrasons

L'intensité ultrasonore diminue progressivement quand on s'éloigne de la source, atténuation plus importante que celle des sons audibles car l'absorption dans les milieux traversés est proportionnelle à la fréquence, et de ce fait, les ultrasons sont très facilement absorbés par les murs ou autres obstacles et se propagent très difficilement d'un local à l'autre séparé par une cloison. Ces caractéristiques permettent d'envisager des mesures de prévention aisées à mettre en œuvre. La réduction de l'émission ultrasonore à la source (insonorisation spécifique à la machine, encoffrement, écran acoustique...) est la prévention primaire à privilégier, et si elle est insuffisante, il est nécessaire de mettre une protection auditive à la disposition du personnel au poste de travail. Comme les appareils à ultrasons émettent aussi souvent un son aigu audible désagréable, l'isolation phonique des locaux doit être suffisante pour éviter tout risque sur l'audition des travailleurs.

- Les mesures de prévention technique
La mesure préventive prioritaire consiste à choisir une machine ou un équipement le moins émetteur possible et disposant de moyens de protection intégrés : par exemple, augmentation de la fréquence en adoptant des sonotrodes adaptées, bâti de la cuve à ultrasons indépendant de la cuve elle-même, couvercle avec joints parfaitement adhérents et dispositif de verrouillage électrique afin d'empêcher le fonctionnement du bain avec le couvercle ouvert, revêtement acoustique interne absorbant...
La pose d'une simple enceinte acoustique supplémentaire (capotage) suffit généralement à protéger totalement le poste de travail.
En ce qui concerne les locaux, les réflexions sur les murs entraînent une augmentation du niveau sonore dans le local et des mesures préventives de correction acoustique comme la mise en place d'un plafond absorbant, de cloisons amovibles à proximité des installations à ultrasons, réduisent à la fois le niveau sonore et protègent les postes de travail avoisinants.

- Les mesures de prévention individuelle
Les opérateurs ne doivent jamais toucher les sonotrodes pendant l'exploitation ni placer les mains ou les bras près de la soudure quand la machine est activée.
Ne pas stationner trop près des générateurs d'ultrasons, ou inutilement dans le local ou ils se trouvent.
Il ne faut pas avoir de contact direct avec les bains de nettoyage ou les pièces qui y sont immergées pendant le traitement ultrasonore, ou alors, il faut utiliser des gants imperméables doublés de filets.

Des mesures de protection individuelle de l'ouïe sont nécessaires si les intensités restent assez élevées au point de ressentir une gêne, principalement les casques antibruit, constitués de coquilles qui s'appliquent sur l'oreille ou des bouchons d'oreilles qui sont introduits dans le conduit auditif.
  • Etude INRS ND 1577 : Emissions sonores et ultrasonores lors du soudage par ultrasons. Risques et moyens de prévention.
  • Etude INRS ND 2250 : Limites d'exposition aux infrasons et aux ultrasons.

Mai 2011