Gaz et vapeurs
Les gaz et vapeurs sont des contaminants invisibles dont le comportement dépend de la densité, de la tension de vapeur et de la masse moléculaire. Leur évaluation exige des conversions entre ppm et mg/m³ et la connaissance de la loi des gaz parfaits, surtout pour les calculs en conditions non TPN. En mine, le CO, le NO2 et le H2S sont les gaz prioritaires à surveiller en continu.
Distinction gaz vs vapeur
Le schéma suivant rappelle les trois états de la matière.
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| Phase | Définition |
|---|---|
| Gaz | Substance gazeuse aux conditions TPN (25 °C, 101,3 kPa). Pas de forme propre. Ex. O2, N2, CO, H2S |
| Vapeur | Phase gazeuse d'une substance normalement liquide à TPN. Ex. vapeurs de toluène, mercure, eau |
Les transitions liquide vers vapeur sont fréquentes en milieu industriel.
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Propriétés physiques clés
| Propriété | Définition | Importance |
|---|---|---|
| Densité de vapeur | Ratio par rapport à l'air | > 1 : descend au sol ; < 1 : monte. Critique en Programme espaces clos en mine |
| Tension de vapeur | Pression exercée par la phase vapeur à l'équilibre (mmHg, kPa) | Élevée = substance volatile |
| COV | Composés organiques volatils | Solvants organiques, BTEX, formaldéhyde, HAP |
| Point d'éclair | T° min pour former un mélange inflammable avec une source d'ignition | Bas = risque incendie élevé |
| T° d'auto-ignition | T° d'inflammation sans source d'ignition | Proche T° ambiante = risque élevé |
Comportement selon la densité de vapeur (plus lourd ou plus léger que l'air).
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La tension de vapeur est un indicateur direct de volatilité.
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Loi des gaz parfaits
$$PV = nRT$$
- Le volume d'un gaz augmente avec la température (P constant).
- Diminue si la pression augmente (T constant).
- En hygiène : pour ajuster les concentrations mesurées aux conditions TPN, surtout en mine ou en hiver.
Ajustement TPN
$$\text{ppm}{TPN} = \text{ppm}{ech} \times \frac{P_{ech}}{760} \times \frac{298}{T_{ech}(K)}$$
Détails et exemples : Calculs d'exposition et ajustements TPN.
Unités et conversions
| Unité | Usage |
|---|---|
| ppm | Parties par million en volume (gaz et vapeurs) |
| mg/m³ | Masse par volume d'air (Aérosols, parfois gaz) |
| % | Plus rare (1 % = 10 000 ppm) |
Conversions à TPN (25 °C, 101,3 kPa) avec MM = masse moléculaire en g/mol
$$\text{ppm} = \frac{\text{mg/m}^3 \times 24{,}45}{MM} \qquad \text{mg/m}^3 = \frac{\text{ppm} \times MM}{24{,}45}$$
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Risques d'incendie et d'explosivité
- Concentration à saturation : concentration max dans l'air à l'équilibre, TPN.
- LIE (Limite Inférieure d'Explosivité) : sous cette concentration, mélange trop pauvre.
- LSE (Limite Supérieure d'Explosivité) : au-dessus, mélange trop riche.
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Exemples
| Produit | LIE | LSE |
|---|---|---|
| Acétylène | 2,5 % | 100 % |
| Formaldéhyde | 7,0 % | 73 % |
| Toluène | 1,1 % | 7,1 % |
En espace clos : maintenir les concentrations à 5 % de la LIE au plus (art. 302 RSST).
Évaluation et contrôle
Méthodes d'échantillonnage
- Tube adsorbant + pompe à bas débit (charbon actif, silica gel).
- Badge passif (diffusion).
- Lecture directe (LID) : détecteurs multigaz (CO, H2S, LIE, O2), photo-ionisation (PID).
Le tube absorbant typique combine charbon actif et gel de silice.
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Les tubes colorimétriques à pompe manuelle restent utiles pour des évaluations ponctuelles.
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Détecteurs multigaz portables, équipement de base d'un hygiéniste de terrain en mine.
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Méthodes d'analyse
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Relation 4 pour gaz toxique
Exemple : la relation dose-réponse pour le monoxyde de carbone.
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Moyens de contrôle
Suivre la Hiérarchie des moyens de prévention
- Substitution (Solvants organiques moins volatils, à base d'eau).
- Ventilation locale (captation à la source).
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- Ventilation générale par dilution.
- APR à cartouche chimique (code couleur selon le contaminant).
Application terrain
Gaz prioritaires en mine
| Gaz | Source | VEMP | Surveillance |
|---|---|---|---|
| CO (monoxyde de carbone) | Diesel, sautage, incendies | 35 ppm | Continue, détecteurs fixes et personnels |
| NO2 (dioxyde d'azote) | Diesel, sautage | 3 ppm | Post-sautage, surveillance continue |
| H2S (sulfure d'hydrogène) | Eaux usées, sulfures de minerai | 10 ppm | Détecteurs personnels |
| O2 | Atmosphères confinées | 20,5-23 % | Mesure préalable obligatoire |
| Méthane (CH4) | Certains gisements (charbon) | 1 % (LIE = 5 %) | Continue dans certaines mines |
| Vapeurs de cyanure (HCN) | Usine de lyxiviation (Au) | 4,7 ppm | Selon procédé |
| Ammoniac | Réfrigération, lixiviation | 25 ppm | Selon installation |
Particularités minières
- Délai de réentrée post-sautage codifié par le RSSM et la procédure du site.
- Ventilation principale + auxiliaire pour diluer CO et NO2 produits par le diesel.
- Détecteurs multigaz personnels obligatoires en espaces à risque.
- Densité de vapeur : critère central pour la conception de la ventilation auxiliaire en cul-de-sac.
Ressources
| Document | Type | Source |
|---|---|---|
| NIOSH Pocket Guide | Référence | NIOSH |
| Reptox | Base de données | CNESST, rôles et pouvoirs |
| Fiches gaz et vapeurs | Fiches | IRSST |
| RSSM ventilation | Règlement | LégisQuébec |
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