2. Description des appareils de protection respiratoire

2.3.1 Appareils de protection respiratoire à épuration d'air

B. Appareils de protection respiratoire à cartouches chimiques TC-23C

• Limites d'utilisation et entretien

Pour que l'utilisation des appareils de protection respiratoire à cartouches chimiques soit sécuritaire et efficace, les paramètres suivants doivent être respectés :

  • Ils ne doivent pas être utilisés pour filtrer des vapeurs organiques ayant des caractéristiques de détection difficilement perceptibles (odeur, goût, irritation respiratoire).
  • Ils ne doivent pas être utilisés contre des gaz ou des vapeurs pouvant produire des réactions de hautes températures avec l'adsorbant.
  • Le taux d’oxygène dans l’air ambiant doit être d’au moins 19,5 %.
  • Les concentrations d’exposition ne doivent pas excéder les limites d’utilisation de la cartouche.
  • La concentration du contaminant doit être inférieure à la concentration de DIVS.
  • Il est important de s’assurer que l’utilisateur ne présente pas une condition médicale particulière qui diminuerait sa capacité à déceler les odeurs.
  • Les appareils de protection respiratoire doivent être choisis, ajustés, utilisés et entretenus, selon la norme CSA Z94.4-93 4 : Choix, entretien et utilisation des respirateurs, conformément au RSST 1 .
  • Le changement de cartouches est basé sur une estimation du temps de service ou un indicateur de fin de service.

Dans les cas où une de ces conditions n’est pas respectée, il est nécessaire d’utiliser un appareil de protection respiratoire à adduction d’air.

Pour l'utilisation des appareils de protection respiratoire à cartouches chimiques, il est recommandé de tenir compte des points suivants :

  • Les cartouches doivent être rangées dans des contenants scellés, car elles continuent de réagir aux contaminants dans l’air même lorsqu’elles ne sont pas en utilisation.
  • Les cartouches devraient être datées sur le boîtier, dès leur ouverture.
  • Il est préférable de ne pas utiliser une cartouche déjà déballée dont on ne connaît pas le début d’utilisation ou la durée d'utilisation antérieure.
  • Il faut s'assurer que le type de cartouche choisi protège contre le contaminant présent dans l'air ambiant.
  • Il faut s’assurer que les soupapes inspiratoires et expiratoires de la pièce faciale ne sont pas obstruées et que l'ensemble est en bonne condition.

Il est dangereux d’utiliser des cartouches saturées. Dans certains cas, la concentration du contaminant, particulièrement les solvants très volatils, pourrait même être plus élevée à l’intérieur du masque que dans l’air ambiant (voir l'annexe B).

Des courbes obtenues en laboratoire peuvent être utilisées pour estimer le temps de service des cartouches en milieu de travail, pourvu que la concentration moyenne du contaminant soit connue (voir exemple à l'annexe B).

• Description des appareils à cartouches chimiques

Les appareils de protection respiratoire à cartouches chimiques se présentent sous les formes suivantes :

  • embout buccal (pour les évacuations seulement);
  • quart de masque (peu fréquent);
  • demi-masque;
  • masque complet;
  • demi-masque ou masque complet à cartouches chimiques combiné à un système motorisé ou à conduit d'adduction d'air
    (voir les sections 2.3.1-D et 2.3.3).

Chaque cartouche protège pour un groupe de contaminants ou un contaminant spécifique. Par exemple, il existe des cartouches pour les vapeurs organiques, mais il en existe aussi pour des contaminants spécifiques comme le chlorure de vinyle. La cartouche choisie ne protége qu'en fonction du contaminant ou des contaminants pour lesquels elle a été conçue. Elle ne protège pas contre les matières particulaires à moins d'être munie d'un préfiltre à particules (voir la figure 2.14). Les appareils de protection respiratoire peuvent comprendre une seule cartouche ou deux, et quelquefois trois. Dans ce cas, il s'agit généralement d'un appareil de protection respiratoire motorisé. Les cartouches de différents fabricants ne sont pas interchangeables.

Figure 2.13 Exemples de demi-masques et cartouches chimiques (gracieuseté de MSA)
Figure 2.14 Exemple de cartouche avec préfiltre (gracieuseté de Survivair)
Figure 2.15
a) Exemple d'appareil de protection respiratoire à cartouches chimiques dorsales
b) Exemple d'utilisation de l'appareil (gracieuseté de North)

Figure 2.16 Exemple de masque complet avec cartouches jumelées (gracieuseté de North)
Figure 2.17 Exemple de demi-masque avec cartouches à la ceinture (gracieuseté de Survivair)
• Approbations des appareils à cartouches chimiques

Selon le règlement 42 CFR partie 84 7 , les appareils de protection respiratoire à cartouches sont approuvés dans leur ensemble comme protection contre des contaminants indiqués dans le tableau 2.4. Nous y reproduisons des informations fournies par l'avis de NIOSH du 26 février 1990, sur les concentrations maximales d'utilisation des masques à cartouches chimiques. Parallèlement, nous indiquons les valeurs d'exposition moyenne pondérées (VEMP) de ces contaminants, tirées du RSST 1.

 

Tableau 2.4 Exemples de concentration maximale d'utilisation des appareils de protection respiratoire à cartouches chimiques contre certains contaminants

Type d'appareils de protection respiratoire à cartouches chimiques

VEMP au Québec selon le RSST 1 (ppm)

Concentration d'utilisation maximale (ppm)

Demi-masque

Masque complet

Ammoniac

25

250++

300* ou 500**

Chlore

0,5

5++

10* ou 30**

Acide chlorhydrique

5++++

50++

50* ou 100**

Méthylamine

5

***

100*

Vapeur organique+++

--

10 fois la VEMP ou < DIVS

100 fois la VEMP ou < DIVS

Sulfure d'hydrogène (évacuation seulement)

10

100

100* ou 300**

Dioxyde de soufre

2

20++

100***

Chlorure de vinyle

1

10+

10+

Dioxyde de chlore

0,1

1+

5* ou 10**

* Concentration de DIVS du NIOSH 11 de 2001.

** Concentration de DIVS de NIOSH 12 de 1990 utilisée par OSHA en 1997.

*** Limitation due à l'irritation des yeux.

+  D'après le règlement 29 CFR partie 1910 section 1017 13 , l'OSHA permet l'utilisation d'appareils de protection respiratoire à cartouches chimiques contre les vapeurs organiques, ayant une durée de vie d'au moins une heure, pour des concentrations de chlorure de vinyle jusqu'à à 10 ppm. Cependant, les cartouches doivent être remplacées avant l'expiration de leur durée de vie ou jetées à la fin du quart de travail. Selon le NIOSH, la cartouche soit pourvue d'un indicateur de fin de service.

++  Un masque complet ou des lunettes à coques fermées sont utiles pour éviter l'irritation des yeux 12 .

+++  Pour les vapeurs organiques, il faut s'assurer que le contaminant ait un bon indice de détection et que les concentrations soient sous la limite de DIVS.

++++  Valeur plafond : valeur qui ne doit jamais être dépassée pour quelque durée que soit.

• Mécanismes de rétention des contaminants dans les cartouches chimiques

Le mécanisme le plus fréquent dans une cartouche pour retirer les gaz et vapeurs de l'air ambiant est l'adsorption. Les cartouches contiennent un élément actif, généralement un adsorbant en grains, comme le charbon actif qui possède un réseau étendu de pores internes pouvant atteindre la grosseur d'une molécule, offrant ainsi une large surface de contact. Le charbon piège les molécules gazeuses à sa surface, au contact de l'air chargé de contaminants, au fur et à mesure de son passage dans l'adsorbant jusqu'à saturation complète. Il peut s'agir d'une adsorption de type physique qui implique une faible énergie. C'est le cas de la plupart des vapeurs organiques. Pour les gaz et les vapeurs qui sont difficilement adsorbés, le charbon actif peut être imprégné d'un réactif chimique qui le rend plus sélectif. Par exemple, il peut être imprégné de sels métalliques, comme le chlorure de nickel, pour le retrait de l'ammoniac, ou d'oxydes de chrome et de manganèse pour le retrait des gaz acides tels que l'acide chlorhydrique et le dioxyde de soufre. Dans ces cas, il s'agit d'une adsorption de type chimique dans laquelle l'énergie d'adsorption est élevée. Si le contaminant ne reste pas à la surface, mais qu'il pénètre le solide ou le produit imprégné et réagit chimiquement avec ce dernier, il s'agira alors d'absorption. L'adsorbant peut aussi agir comme catalyseur, tel l'hopcalite qui convertit le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone. Il décompose et détoxique le contaminant en formant un produit moins nocif.

• Code de couleur des cartouches chimiques

Un code de couleur inscrit sur chaque cartouche permet d'identifier le type de protection offerte. Toutefois, les utilisateurs devraient toujours lire les étiquettes pour s'assurer que le produit correspond au type de contaminant contre lequel une protection est désirée. Les codes de couleur utilisés pour les cartouches sont présentés au tableau 2.5. Selon le NIOSH, ils peuvent provenir de l'une ou l'autre des normes de l'American National Standards Institute (ANSI).

Tableau 2.5 Code de couleur des cartouches chimiques et des boîtiers

Vapeurs et/ou gaz

Selon
ANSI K13.1-1973 14 

Selon
ANSI Z88.7-2001 15 

Gaz acides

Blanc

Blanc

Chlore

Blanc avec
une bande jaune

Blanc

Acide chlorhydrique

Blanc

Blanc

Dioxyde de soufre

Blanc

Blanc

Vapeurs organiques

Noir

Noir

Vapeurs organiques et gaz acides

Jaune

Jaune

Vapeurs organiques, chlore, dioxyde de chlore, chlorure d'hydrogène, fluorure d'hydrogène, dioxyde de soufre, formaldéhyde, sulfure d'hydrogène (évacuation seulement), ammoniac et méthylamine

S.O.

Brun pâle

Ammoniac

Vert

Vert

Ammoniac et méthylamine

S.O.

Vert

Formaldéhyde

Vert olive

S.O.

Monoxyde de carbone

Bleu

Bleu

Gaz acides et ammoniac et vapeurs organiques

Brun

Brun

Gaz acides, ammoniac, monoxyde de carbone et vapeurs organiques

S.O.

Rouge

Matériaux radioactifs

Pourpre

S.O.

Méthylamine

Vert

S.O.

Vapeurs de mercure et chlore

Orange avec un indicateur pour le mercure

S.O.

Chlorure de vinyle

Vert olive avec un indicateur

S.O.

Autres vapeurs et gaz ou combinaisons non citées ci-dessus

S.O.

Vert olive

S.O.: sans objet.

Complément concernant la norme ANSI K13.1-1973 14 :

  • Une bande de couleur pourpre désigne l'utilisation pour le matériel radioactif en combinaison avec les gaz et les vapeurs.
  • Une bande de couleur grise ou orangée (magenta dans le cas des filtres HEPA et P100) désigne l'utilisation pour les poussières, fumées et brouillards en combinaison avec les vapeurs et les gaz.
  • Seules les étiquettes sont colorées en fonction des codes de ce tableau, la cartouche ou le boîtier doit garder sa couleur naturelle.
  • L'utilisateur doit référer au texte de l'étiquette pour déterminer les concentrations d'utilisation maximales recommandées pour la cartouche ou le boîtier.

Complément concernant la norme ANSI Z88.7-2001 15 :

  • Une bande de couleur pourpre désigne un filtre P100 ou HEPA en combinaison avec une cartouche pour gaz ou vapeurs.
  • Une bande de couleur orangée désigne un filtre de classe P (sauf les P100) en combinaison avec une cartouche pour gaz et vapeurs lorsque le filtre est situé à l'intérieur d'un boîtier et que la classe à laquelle il appartient n'y est pas lisible.
  • Une bande de couleur bleu-vert désigne un filtre de classe N en combinaison avec une cartouche pour gaz et vapeurs lorsque le filtre est situé à l'intérieur d'un boîtier et que la classe à laquelle il appartient n'y est pas lisible.
Figure 2.18 Gamme de cartouches et filtres (gracieuseté de North)
• Capacité de filtration des cartouches chimiques et caractéristiques de détection des contaminants

Les cartouches ont une capacité de filtration limitée qui est déterminée, soit par la volatilité du contaminant dans le cas d'adsorption à la surface du charbon, soit par la quantité de produits chimiques à la surface de l'adsorbant dans le cas de réaction chimique avec le contaminant. Pour la plupart des contaminants, aucun dispositif fiable, capable de détecter la saturation d'une cartouche n'est actuellement disponible. Il est possible d'estimer le temps de service des cartouches par différentes méthodes lorsque la concentration du contaminant est connue. Il n'est pas recommandé de ne se fier qu'aux caractéristiques de détection, quand elles existent, car leur perception est très variable. La capacité olfactive peut varier d'un individu à l'autre et dans certaines circonstances (i.e. grippe, allergie, accoutumance au produit), peut être altérée. Il est donc nécessaire de bien connaître le produit et de consulter les tables de caractéristiques des produits chimiques. Le tableau 2.6 présente des exemples de contaminants ayant des caractéristiques de détection perceptibles à des concentrations supérieures aux valeurs d'exposition moyenne pondérée. Dans ces cas, un appareil de protection respiratoire à adduction d'air devrait être utilisé.

 1
Tableau 2.6 Comparaison entre les concentrations des vapeurs à la limite de la détection olfactive 16  et les valeurs d'exposition moyenne pondérée (VEMP) du RSST

Contaminant

Limite de détection olfactive

(ppm)

VEMP du RSST (ppm)

Bromoforme

0,19-15

0,5

N,N-Diméthylformamide

0,47-100

10

Oxyde d'éthylène

257-690

1

Chlorure de méthyle (chlorométhane)

160

50

Formate de méthyle

67-2809

100

Alcool méthylique

4,2-5960

200

Diisocyanate de toluène (TDI)

0,17-2,0

0,005

Chlorure de vinyle

10-20

1

Temps de service

Dans sa liste des équipements de protection respiratoire approuvés, le NIOSH indique que ceux-ci doivent être choisis, ajustés, entretenus et utilisés en fonction de la réglementation de l'OSHA, de la MSHA et de toutes autres réglements applicables. La nouvelle réglementation de l'OSHA (1998) prescrit que dorénavant les changements de cartouches soient basés sur des principes plus précis que la détection d'odeur, soit :

  • Que la cartouche soit pourvue d'un indicateur de fin de service.
  • Faute de l'indicateur approprié, que les changements de cartouches ou de boîtiers soient basés sur des informations objectives ou des données assurant qu'il soient faits avant la fin de leur temps de service. Ces informations et ces données doivent être consignées dans un programme de protection respiratoire. Il n'est donc plus permis de ne se fier qu'à la détection des odeurs pour établir le changement de cartouches et de boîtiers.

Toutefois, indépendamment des estimations qui peuvent être faites, les cartouches et les boîtiers filtrants doivent être changés dans les cas suivants: l'indicateur de fin de service signale que la cartouche est saturée, il y a une détection d'odeur, de goût ou une irritation des yeux, de la gorge ou du nez, la date de péremption est atteinte, d'après d'autres directives d'utilisation en fonction d'une réglementation (ex. : formaldéhyde, chlorure de vinyle).

La fréquence de changement de cartouches peut être basée, entre autres, sur des données objectives du fabricant, des mesures expérimentales, des modèles de prédiction mathématique et des simulations en milieu de travail. Il faut s'assurer de disposer des données nécessaires pour estimer la durée de vie d'une cartouche en fonction des contaminants présents et des conditions d'utilisation.

•   Temps de claquage

Le temps de claquage 17-18 (claquage : passage du contaminant au travers de la cartouche) est un paramètre déterminant pour connaître le temps réel de protection apporté par une cartouche. Lorsqu'elle est saturée, une cartouche devient inopérante. Elle laisse alors passer la totalité des contaminants auxquels elle est soumise. Dans certains cas, lorsqu'il y a plus d'un contaminant dans l'air ambiant, la concentration du plus volatil, à l'intérieur du masque peut même excéder la concentration à l'extérieur du masque (voir à l'annexe B).

Il est possible, par des tests de laboratoire, de générer des courbes de claquage pour un contaminant donné. À l'aide de ces courbes, on peut estimer le temps de service des cartouches. Pour avoir un exemple détaillé de l'estimation du temps de service à l'aide des courbes de temps de claquage, référer-vous à l'annexe B

Le temps de claquage dépend simultanément de plusieurs paramètres. Il est atteint d'autant plus rapidement que :

  • La concentration ambiante du contaminant est élevée;
  • le débit du passage de l'air à filtrer est important (ou le rythme respiratoire est élevé);
  • la température et le degré d'humidité relative sont élevés (les molécules d'eau occupent en effet des sites d'adsorption du matériau filtrant). Par contre, certains types d'adsorbants ayant besoin de vapeur d'eau pour réagir, peuvent être altérés par une humidité trop basse, ce qui diminue leur efficacité;
  • la volatilité du contaminant (surtout dans le cas des solvants) est élevée;
  • plusieurs contaminants sont présents;
  • les chocs peuvent avoir un effet néfaste sur le temps de claquage en créant un tassement qui modifie la compacité du matériau adsorbant dans la cartouche.

Ces indications doivent conduire à une directive de remplacement des cartouches qui laisse une marge de sécurité. Toute détection d'odeur ou autre signe de saturation doit conduire au changement de la cartouche, peu importent toutes les autres politiques. Pour compléter cette information, nous vous suggérons la lecture de quelques exemples à l'annexe B.

•   Indicateur de fin de service

Pour pallier le problème que représente l'utilisation de cartouches en présence de contaminants ayant de faibles caractéristiques de détection, on peut se servir de cartouches chimiques munies d'un indicateur de fin de service. Il s'agit d'un dispositif qui permet de détecter la saturation d'une cartouche à au moins 10 % du temps de claquage en indiquant à l'utilisateur, soit par une alarme sonore ou une lumière (indicateur actif), soit par un changement de couleur (indicateur passif).

Le NIOSH approuve des cartouches dotées d'un indicateur de fin de service pour des contaminants ayant de faibles caractéristiques de détection. Par exemple, c'est le cas pour le chlorure de vinyle et pour les vapeurs de mercure avec un indicateur de type passif.

•   Avantages des appareils à cartouches chimiques

  • Ils sont généralement compact et léger.
  • Ils ne limitent pas la mobilité.
  • Ils sont pour la plupart de construction simple.
  • Ils se présentent dans une grande variété de pièces faciales avec cartouches et préfiltres, ce qui permet de s'adapter à différentes situations.
  • Le coût initial est généralement peu élevé.
  • Ils sont généralement faciles d'entretien (dans le cas des appareils non motorisés ou combinés à un système d'adduction d'air).
• Désavantages des appareils à cartouches chimiques
  • Ils sont à pression négative et le risque d'infiltration des contaminants à l'intérieur du masque est plus élevé.
  • Ils ne peuvent pas être utilisés par une personne portant une barbe ou une moustache.
  • Ils ne peuvent pas être utilisés dans une atmosphère pauvre en oxygène.
  • Ils ne peuvent pas être utilisés pour des situations de DIVS.
  • La résistance respiratoire peut causer de l'inconfort et de la fatigue.
  • Une grande attention doit être accordée au choix de l'appareil en fonction des contaminants et de leur concentration, ainsi que de leurs caractéristiques de détection.
  • Leur coût d'utilisation augmente avec la fréquence de changement des cartouches et des pièces remplaçables.
• Appareils de protection respiratoire combinés : filtres à particules et cartouches chimiques

Ces appareils de protection respiratoire utilisent des filtres à particules et des cartouches chimiques ou des boîtiers. Ils conviennent pour l'exposition à des contaminants multiples ayant différentes formes physiques ou contre un seul contaminant se présentant sous plusieurs formes (par exemple, brouillard et vapeur). Le filtre peut être une partie permanente de la cartouche, ce qui est généralement le cas, ou être une partie remplaçable indépendamment lorsqu'il est nécessaire d'en changer. Le filtre doit toujours être le premier élément en contact avec le contaminant, ce qui permet à l'adsorbant de capturer les gaz et les vapeurs attachés aux particules qu'il retient.

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