02 Sep Risques Professionnels – LES ÉLECTRODES EN TUNGSTÈNE THORIÉ

2ème édition – Publication 2001
Référence document: ISBN : 2-909066-54-1

Sommaire

1 – RAPPELS
2 – CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU THORIUM
3 – NOCIVITÉ DU THORIUM
4 – RÈGLEMENTATION
5 – MOYENS DE PROTECTION
Annexe : Textes réglementaires concernant le soudage
Bibliographie (en lien)

LES ÉLECTRODES EN TUNGSTÈNE THORIÉ

1 – RAPPELS

Dans le soudage à l’arc électrique, nous utilisons soit une électrode fusible, soit une électrode réfractaire (non-fusible).

Dans ce dernier cas, l’arc se forme entre la pièce et une électrode de tungstène ou de tungstène thorié. Le gaz de protection utilisé est en général de l’argon. Il s’écoule d’une buse entourant concentriquement l’électrode réfractaire. Si nécessaire, le métal d’apport est introduit latéralement dans l’arc. C’est le procédé TIG (Tunsgten, Inert Gas), c’est-à-dire Tungstène, gaz inerte.

Afin de renforcer l’émission électronique (donc les caractéristiques d’émission de l’arc), les électrodes de tungstène peuvent contenir des substances additionnelles. Les substances les plus couramment utilisées sont les oxydes de thorium, de lanthane, de cérium et de zirconium.

Les électrodes en tungstène thorié, c’est-à-dire en tungstène additionnée d’oxyde de thorium, sont utilisées, lors du soudage TIG, depuis plusieurs décennies dans la plupart des secteurs d’activité. Elles sont également employées pour le coupage et le soudage au jet de plasma.

Ces électrodes sont obtenues par frittage du tungstène et d’oxydes de thorium (ThO2) radioactifs (isotopes 228 et surtout 232) – appelés thorines -, ceux-ci dans une proportion variant de 0,35 à 4,20 %.
L’incorporation du thorium augmente d’une part, la longévité et la stabilité des électrodes à haute température, d’autre part, améliore l’amorçage de l’arc électrique.

La codification et la fabrication de ces électrodes sont données dans la norme française NF EN 26848 (indice de classement A 81-011) de juillet 1991 dont le contenu technique et la présentation correspondent entièrement à la norme internationale ISO 6848. C’est ainsi que nous trouvons, sur le marché, les types d’électrodes en tungstène thorié suivantes :

– WT 4 bleu : 0,35 à 0,55 % ThO2
– WT 10 jaune : 0,80 à 1,20 % ThO2
– WT 20 rouge : 1,70 à 2,20 % ThO2
– WT 30 violet : 2,80 à 3,20 % ThO2
– WT 40 orange : 3,80 à 4,20 % ThO2.

La première lettre caractérise le composant principal (W= tungstène). La seconde lettre caratérise l’addition d’oxyde ( T= oxyde de thorium, L= lanthane, C= cérium). Le nombre ajouté correspond à 10 fois la teneur moyenne d’oxyde. Le type WT 20 à repère rouge semble le plus utilisé. Cette électrode à 2 % contient en moyenne 275 mg de thorium et présente une radioactivité de 1 130 kBq.

2 – CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU THORIUM

Le thorium, dont les treize isotopes sont tous radioactifs, est un métal du groupe des actinides. Il a été découvert en 1828 par le chimiste suédois Berzelius. C’est un solide blanc, cristallin, extrait de la thorite, de densité 12,1 fondant vers 1 700° C et oxydable au rouge. Il est quadrivalent dans ses principaux composés, notamment la thorine ThO2.

Le thorium de nombre de masse 232 est à l’origine d’une des quatre grandes familles de transition nucléaire spontanée en chaîne. Comme nous le voyons sur la figure 1, il se désintègre en radium 228, puis en actinium 228, puis en thorium 228, puis en radium 224, puis en radon 220 (isotope gazeux appelé souvent thoron), puis en polonium 216, puis en astate 216, puis en plomb 212, puis en bismuth 212, puis en tallium 208 ou en polonium 212 et finalement en un élément stable (non radioactif) : le plomb 208. Cette transition en chaîne s’effectue en émettant des particules alpha ou béta accompagnées parfois d’un rayonnement gamma de faible énergie.

La radioactivité spécifique en becquerels par gramme (Bq/g) des électrodes en tungstène thorié dépend, non seulement de la teneur en thorium mais également du gisement de minerai employé pour la fabrication. Selon ce dernier, il peut y avoir présence de thorium 230, élément radioactif issu de la famille de l’uranium 238 et aboutissant au plomb 206 non radioactif (élément stable). La période radioactive du thorium 232 est de 14 milliards d’années et celle du thorium 228 de 1,9 ans. La période biologique du thorium est, dans l’état actuel de nos connaissances, évaluée de 14 à 20 ans.

La radiotoxicité du thorium 228 est très forte (groupe 1) et celle du thorium 232 est forte (groupe 2).

3 – NOCIVITÉ DU THORIUM

La toxicité de l’oxyde de thorium n’a été étudiée qu’après son utilisation en radiologie comme produit de contraste dans les années 30 (voies veineuse, intra-artérielle ou intra-cavitaire).

Toxicité

La pénétration dans l’organisme se fait essentiellement par ingestion et surtout inhalation de poussières, exceptionnellement par effraction de la barrière cutanée. Le thorium est en grande partie stocké dans les os, les poumons, les ganglions, le foie et les reins. Il est excrété en partie par les urines et les fèces.

La pathologie à long terme concerne l’angiosarcome hépatique, le lymphonne et le sarcome osseux. Celui-ci relève des tableaux n° 6 (régime général) et n° 20 (régime agricole) des maladies professionnelles indemnisables. Quant au pouvoir cancérogène du thorium, il résulte essentiellement de l’émission des particules alpha par contamination radioactive inter et de la rémanence de plusieurs années du produit dans les organes précités.

En fait, lors de l’utilisation d’électrodes en tungstène thorié, il existe deux voies de radioexposition possibles :
– externe ou irradiation due aux électrodes,
– interne par contamination due aux fumées de soudage et surtout à l’affûtage.

Radioexposition externe

La valeur limite actuelle pour les travailleurs classés en catégorie A, c’est-à-dire directement affectés aux travaux sous rayonnements ionisants est fixée à 50 mSv par an. La directive européenne n° 92/29/ EURATOM du 13 mai 1996 doit être transcrite en droit français avant le 13 mai 2000. La valeur limite de 50 mSv par an sera associée à une valeur limite de 100 mSv sur 5 ans, c’est-à-dire une moyenne de dose efficace de 20 mSv/an.

Bien que les radioisotopes 228 et 232 émettent quelques raies gamma, celles-ci présentent des énergies très faibles avec un pour centage d’émission insignifiant. Nous pouvons considérer ces radioéléments comme des émetteurs alpha.

Les mesures de débit de dose, que nous avons réalisées in situ, ont confirmé cette assertion. Les valeurs relevées étaient toutes inférieures au seuil de mesure de notre chambre d’ionisation.

Radioexposition interne

La limite dérivée de concentration dans l’air (LDCA) est actuellement pour les oxydes de thorium:

– 232 Th ………. 0,04 Bq/m3 (becquerel par mètre cube)
– 228 Th ………. 0,3 Bq/m3.

Le processus de fusion de l’électrode inclut inévitablement la volatilisation de minuscules particules métalliques à l’extrémité de l’électrode où la chaleur est très intense (4 000°C environ). Cette extrémité s’émousse et l’électrode doit être fréquemment affûtée. Lors de cette opération, le risque d’émission de poussières de thorium radioactif s’avère plus important que lors du soudage. Exceptés certains centres d’affûtage spécialisés où les électrodes en tungstène thorié sont traitées par centaines, un soudeur fera au maximum 20 meulages par électrode journalière avec une durée d’épointage moyenne de 2 minutes.

Afin d’évaluer le risque de pollution radioactive dû à l’utilisation d’électrodes de soudure en tungstène thorié, l’Institution Prévention (CNAM, CRAM et INRS) en liaison avec le CEA, a effectué en 1994 et 1995 une étude sur le sujet. Celle-ci a confirmé les études antérieures : le risque est réel mais s’avère dans la pratique faible. Il devient négligeable lorsqu’une aspiration correcte des poussières émises lors du meulage est installée et que les fumées de soudure sont normalement captées.

La surveillance médicale spéciale semble donc inutile.

Nota : Les frottis effectués, par nos soins, sur des électrodes en tungstène thorié, se sont tous révélés positifs. Il existe donc une radioactivité labile non négligeable.

4 – RÈGLEMENTATION

Outre la réglementation applicable dans les travaux de soudage à l’arc (annexe) et les recommandations R 360 de la Caisse nationale de l’assurance maladie (CNAM), il convient, dans le cas de l’utilisation d’électrodes en tungstène thorié, de signaler les points suivants :

– L’Office de protection contre les rayonnements ionisants (OPRI) – 31, rue de l’Écluse – BP 35 – 78110 LE VESINET – Tél. : 01.30.15.52.00 considère qu’une électrode en tungstène thorié est une substance radioactive au sens du décret modifié n° 86-1103 du 2 octobre 1986 relatif à la protection des travailleurs contre les dangers des rayonnements ionisants. Ce texte est donc entièrement applicable. La détention et l’utilisation de telles électrodes doivent donc faire l’objet d’une déclaration (formulaire OPRI n° 1209a) selon les termes de l’article 15 du texte réglementaire précité auprès de l’Inspection du Travail avec copie au service « Prévention des risques professionnels » de la Caisse régionale d’assurance maladie (CRAM) ou de la Mutualité sociale agricole (MSA).

L’employeur doit déclarer également ce procédé de travail, susceptible de provoquer une maladie professionnelle indemnisable, à la Caisse primaire d’assurance maladie (articles L. 461-4 et R. 461-4 du Code de la Sécurité sociale).

5 – MOYENS DE PROTECTION

Bien que le risque de radiocontamination soit faible, il convient de prendre un certain nombre de mesures d’une part de prévention et d’autre part d’ordre administratif.

Mesures de prévention

● Remplacer, chaque fois que cela s’avère possible, les électrodes en tungstène thorié par des électrodes en tungstène au lanthane (WL10 ou WL20) ou au cérium (WC20), ce qui élimine tout risque et toute démarche administrative. Les électrodes réfractaires en tungstène dans lesquelles des lanthanides légers ou terres cériques sont incorporées, sont, hélas, un peu plus chers, mais présentent généralement de meilleures propriétés de soudage : haut degré de sécurité d’amorçage, faible perte lors du soudage, arc de haute qualité et une longévité plus grande.

● Exiger du ou des fournisseurs d’électrodes en tungstène thorié :
– que le conditionnement fourni comporte le signal d’avertissement normalisé de substances ou matières radioactives, c’est-à-dire de forme triangulaire avec pictogramme noir (trèfle) sur fond jaune et bordure noire (figure 2),
– que la mise en garde de l’utilisateur soit en langue française (figure 3),
– la remise de la fiche de données de sécurité, établie par certains fournisseurs, et qui devrait exister pour ces produits.

• Réserver une zone spécialement affectée à l’affûtage (ou épointage) des électrodes en tungstène thorié. Celle-ci sera soumise à un nettoyage journalier au moyen d’un aspirateur muni d’un sac en papier et réservé à cet usage

• Utiliser, dans cette zone particulière, une ou plusieurs machines à meuler ne servant qu’à l’affûtage. Ces tourets à meuler seront équipés d’une aspiration disposée au plus près de la source de pollution avec un capteur le plus enveloppant possible. L’idéal serait d’avoir une machine lubrifiée mais avec le risque d’augmenter la quantité de déchets.

Nota : Il existe cependant, sur le marché, une machine à affûter de petites dimensions qui fonctionne en circuit fermé et qui ne contient qu’un litre d’huile à remplacer tous les 6 mois environ.

• Vérifier, tous les 6 mois, l’absence de contamination surfacique de la zone qui devra comporter une signalisation normalisée.

• Mettre à la disposition des opérateurs, des masques à poussière (type P3), gants et combinaisons jetables, notamment lors de meulages intensifs.

• Retourner aux fournisseurs, dans des sacs étanches en plastique (ou en papier), les déchets radioactifs (poussières, mégots d’électrodes, protections individuelles). Ne pas oublier la signalisation réglementaire pour de tels envois.

• Ranger les électrodes de soudure en tungstène thorié dans une armoire fermant à clé et aisément décontaminable. Le signal d’avertissement normalisé décrit ci-dessus doit être apposé sur cette armoire.

• Établir des consignes de sécurité et les faire appliquer. Ces dernières rappellerons notamment :

– l’obligation de satisfaire aux exigences des mesures précédentes,
– l’interdiction de mettre dans la poche les électrodes en tungstène thorié, d’utiliser les mégots d’électrodes comme pointes à tracer et de les mettre dans la bouche lorsque les mains sont occupées,
– la nécessité, pour le personnel, de se laver soigneusement les mains et les ongles après le travail et surtout avant de manger,
– l’interdiction de secouer ou de nettoyer à la soufflette manuelle ses vêtements de travail pour enlever la poussière,
– etc.

Mesures d’ordre administratif

● Signaler au médecin du travail le personnel (soudeurs et leurs aides) utilisant des électrodes en tungstène thorié.

● Adresser au service « Prévention des risques professionnels » de la CRAM ou de la MSA concernée, la copie de la déclaration qui doit être effectuée à l’Inspection du travail sur l’imprimé OPRI n° 1209a.

● Effectuer conjointement avec chaque entreprise utilisatrice ou intervenante un plan de prévention écrit chaque fois que : – soit l’opération représente un nombre total d’heures de travail prévisible supérieur ou égal à 400 heures sur une période égale au plus à 12 mois,
– soit l’opération fait partie de la liste des 21 travaux dangereux, par exemple : travaux exposant à des rayonnements ionisants.

Nota : Ce plan de prévention devra obligatoirement inclure les mesures de prévention ci-dessus et un permis de feu actif.

© Éditions CRAM du Centre
30, boulevard Jean-Jaurès
45033 ORLÉANS CEDEX 1
Dépôt légal : Mars 2001
N° ISBN : 2.909066-54-1
Tirage : 500 exemplaires