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La détection du dioxyde de chlore (ClO2) servant au blanchiment de la pâte à papier

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Problématique

Le procédé de blanchiment de la pâte utilise depuis déjà maintenant quelques années du dioxyde de chlore (ClO2) en remplacement du chlore (Cl2) comme agent de blanchiment. Dans certaines installations, le Cl2 est toutefois encore utilisé pour blanchir certains grades de pâte ou pour la désinfection des eaux de procédé. Si cette substitution a permis de réduire de façon considérable les rejets de substances toxiques (dioxines et furannes) dans l'environnement, elle a cependant engendré une problématique au niveau des systèmes de détection utilisés pour assurer le contrôle de la concentration des gaz d'émission fugitive présents dans l'environnement de travail. Le fait que le ClO2 ait une limite d'exposition journalière 5 fois inférieure à celle du Cl2 (0,1 ppm pour le ClO2 comparativement à 0,5 ppm pour le Cl2) pose certaines difficultés quant aux systèmes de détection à mettre en place pour assurer la sécurité des travailleurs. Ces difficultés ont principalement trait à la fiabilité, à la calibration et au seuil de détection minimal (ou progression linéaire des lectures) des instruments à lecture directe.

Seuil olfactif du chlore (Cl2) et du dioxyde de chlore (ClO2)

Le Cl2 et le ClO2 sont de puissants irritants du système respiratoire. Le ClO2 est par contre très différent du Cl2, à la fois au niveau de sa structure chimique que de son comportement. Selon la littérature, le Cl2 a une odeur piquante et irritante pouvant être perçue par l'odorat à partir d'une concentration de 0,08 ppm dans l'air (les seuils olfactifs signalés pour le Cl2 ne sont pas cohérents car d'autres sources donnent un seuil olfactif de 0,2 à 0,4 ppm). Donc, si un travailleur se trouve en présence de Cl2, il le détectera rapidement en raison des effets immédiats et désagréables associés à sa présence (effets irritants). Cependant, le risque que le travailleur soit incommodé est relativement faible, étant donné qu'il aura le temps de réagir et de quitter les lieux bien avant que les concentrations atteignent des niveaux pouvant présenter un risque à la santé (environ 15 ppm).

L'odeur du ClO2 ressemble à celle du Cl2, tout en étant plus douce. Il peut être perçu à partir de 0,1 ppm dans l'air, ce qui correspond exactement à sa limite d'exposition journalière. Une exposition à une concentration de 0,1 ppm de ClO2 durant quelques minutes seulement est suffisante pour inhiber et désensibiliser le nerf olfactif, de façon à ce que la personne exposée ne puisse plus le sentir. Il est donc primordial d'avoir en place des systèmes de détection fiables (fixes et/ou portatifs) pouvant mesurer avec précision les concentrations présentes dans l'environnement de travail afin d'éviter toute intoxication due à la présence de ClO2.

Propriétés physicochimiques du dioxyde de chlore (ClO2)

art8-image2La principale différence entre le chlore (Cl2) et le dioxyde de chlore (ClO2) se situe au niveau de l'instabilité. Le ClO2 est en effet beaucoup plus instable que le Cl2. Cela est principalement dû à sa très grande volatilité. En effet, lorsqu'il est exposé aux rayons ultraviolets, à l'humidité ou à la chaleur, il se transforme facilement en chlore (Cl) et en oxygène (O2) avec production de chaleur. Les produits de décomposition formés se retrouvent principalement sous la forme de chlorures, de chlorites et de chlorates. Pour toutes ces raisons, le ClO2 ne peut être stocké en cylindre contrairement au Cl2. Il est donc rarement transporté en contenant, mais plutôt fabriqué sur le site même (in situ) à l'aide d'un générateur de ClO2, comme c'est le cas pour les usines qui utilisent cet agent de blanchiment. Le principe est le même pour ce qui est de la calibration; il est techniquement impossible d'emmagasiner le ClO2 en cylindre de calibration comme c'est le cas pour le Cl2.

Calibration des systèmes de détection pour le dioxyde de chlore (ClO2)

Actuellement, les systèmes de détection utilisés pour la détection du chlore (Cl2) et du dioxyde de chlore (ClO2) sont des capteurs de type électrochimique. Il existe sur le marché deux méthodes, dont une qui se subdivise en deux catégories, pour la détection du ClO2. Les voici :

art8-image31. Mesure du ClO2 avec un capteur de Cl2 muni d'un facteur de correction interne pour l'affichage des valeurs en ClO2

La calibration de ces systèmes se fait généralement avec du Cl2, bien qu'il soit possible, avec certains modèles, d'effectuer la calibration avec du ClO2. Cette méthode, qui était la seule offerte sur le marché il y a quelques années pour la détection du ClO2, est aujourd'hui peu recommandée, car il est de plus en plus démontré que les capteurs de Cl2 réagissent très peu au ClO2. Comme nous l'avons vu précédemment, ce constat repose principalement sur le fait que le ClO2 est très différent du Cl2 du point de vue de ses propriétés physicochimiques.

2. Mesure du ClO2 avec un capteur spécifique au ClO2

a. Calibration avec un gaz de substitution (Cl2)

Pour ces modèles, la calibration doit absolument être effectuée avec un gaz de substitution qui est le Cl2. Durant le processus de calibration, un facteur de conversion interne affiche les valeurs de Cl2 en lectures de ClO2 généralement dans une proportion de 3 pour 1 (ex. : 3 ppm de Cl2 équivaut à 1 ppm de ClO2). Bien qu'elle soit encore très employée, cette méthode est peu fiable, car elle augmente de façon importante la marge d'erreur associée à la précision des lectures. Cette marge d'erreur peut attendre jusqu'à 30 % pour certains modèles de capteurs calibrés au Cl2. Pour cette raison, il est recommandé de calibrer les capteurs avec le gaz qu'ils sont censés mesurer dans l'environnement de travail, soit le ClO2. Cette recommandation prend tout son sens dans le cas du ClO2 en raison des très bas niveaux d'exposition admissibles pour cette substance. De plus en plus de fabricants abondent en ce sens en raison des problèmes de fiabilité reliés à la calibration avec un gaz de substitution et c'est pourquoi plusieurs d'entre eux n'offrent plus cette possibilité.

b. Calibration avec le ClO2

Les capteurs de ces systèmes doivent absolument être calibrés avec du dioxyde de chlore (ClO2) par le biais d'un générateur de gaz. Cette méthode est à ce jour la plus fiable, car c'est celle qui comporte le moins de marge d'erreur. Aujourd'hui, la tendance est beaucoup plus axée sur cette pratique et les fabricants ont rapidement vu l'avantage de développer et d'offrir des capteurs spécifiques au ClO2 qui se calibrent au ClO2. La raison est bien simple, le ClO2 trouve de plus en plus d'applications diverses en raison des avantages qu'il procure au niveau de l'environnement comparativement au Cl2. Le ClO2 est maintenant utilisé pour la stérilisation d'équipements médicaux et de laboratoire, comme nettoyant dans l'industrie électronique, comme adjuvant dans la préparation des sulfures dans l'industrie pétrolière, comme agent désinfectant, pour la fabrication de pesticides, etc.

Il existe également des modèles qui offrent la possibilité d'effectuer la calibration soit avec un gaz de substitution qui est le Cl2, soit avec du ClO2. Comme mentionné précédemment, il est préférable de calibrer ces appareils avec le gaz que les capteurs sont censés mesurer, c'est-à-dire le ClO2.

Générateur de gaz pour la calibration au dioxyde de chlore (ClO2)

Il est indéniable que de calibrer les systèmes de détection de ClO2 avec ce même gaz nécessite un investissement relativement important. Il faut en effet procéder à l'achat d'un générateur de gaz (pour le ClO2) spécialement conçu pour la calibration d'instruments de détection fixes ou portables. Les coûts rattachés à l'achat d'un tel générateur sont assez élevés (environ 3 500 $ + les frais d'entretien). Ces considérations d'ordre économique peuvent facilement influencer la décision de calibrer les instruments soit avec plus de précision (à un coût plus onéreux) ou avec moins de précision (à un coût beaucoup moins onéreux).

Seuil de détection minimal et progression linéaire des lectures

Les capteurs utilisés pour la mesure du chlore (Cl2) en environnement de travail affichent généralement une précision des lectures en dixième de ppm (0,1 ppm), ce qui est idéal. En effet, selon le Règlement sur la santé et la sécurité du travail (RSST), la limite d'exposition journalière ou Valeur d'Exposition Moyenne Pondérée du Cl2 pour un quart de travail de 8 heures (VEMP) est de 0,5 ppm et sa Valeur d'Exposition de Courte Durée pour des périodes de 15 minutes (VECD) est de 1,5 ppm.

Pour ce qui est des capteurs destinés spécifiquement à la mesure du dioxyde de chlore (ClO2), le seuil de détection minimal et la progression linéaire des lectures devraient être dans l'ordre des centièmes de ppm (0,01 ppm) en raison des très bas niveaux d'exposition admissibles pour cette substance. Généralement, l'alarme de bas niveau devrait s'enclencher à partir de 0,1 ppm (ce qui équivaut à la VEMP) et l'alarme de haut niveau à 0,3 ppm (ce qui équivaut à la VECD). De cette façon, les risques qu'un incident se produise sont réduits au minimum, car les niveaux d'alarme laissent amplement le temps aux occupants de quitter les lieux ou d'enfiler une protection respiratoire adéquate avant que les concentrations de gaz présentent un réel danger pour la santé. Il faut garder en mémoire que le ClO2 provoque des irritations importantes au niveau du nez et de la gorge à partir de 5 ppm et entraîne la mort à partir de 19 ppm.

Systèmes de détection portatifs

Les systèmes de détection portatifs peuvent être très utiles lorsque vient le temps d'effectuer des travaux d'entretien ponctuel sur des équipements tels que des générateurs, pompes de mélange, conduites, etc. Généralement, les systèmes de détection fixes de dioxyde de chlore (ClO2) sont mis en place dans les zones présentant le plus grand risque en cas de dégagement ou d'accumulation importante de gaz toxiques. Tel que mentionné précédemment, ces zones doivent être équipées de systèmes de détection dont les niveaux de sensibilité sont adaptés aux situations réelles. La sensibilité des systèmes de détection portatifs de ClO2 devrait être dans l'ordre des centièmes de ppm (0,01 ppm) tout comme celle des systèmes de détection fixes. Puisqu'il est pratiquement impossible de contrôler chaque emplacement susceptible de contenir du ClO2, il est recommandé de porter sur soi un détecteur de gaz portatif pour la détection du ClO2 lorsque des opérations d'entretien sont effectuées directement sur des équipements ou composantes qui contiennent ou risquent de contenir ce gaz. Combinés aux systèmes de détection fixes, les détecteurs portables sont un excellent moyen d'assurer la sécurité des travailleurs concernés. Il y a de plus en plus de modèles de détecteurs portables et de systèmes de détection fixes spécifiques au ClO2 offerts sur le marché en raison de l'utilisation sans cesse grandissante du ClO2 pour diverses applications.

Pour plus d'information, contactez :

M. Pascal Rousseau, conseiller en santé et sécurité du travail et hygiène industrielle
Tél. : 418 657-2267 ou 1 888 632-9326, poste 306
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